CC BY
29
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2004, том 10, № 22-23
======== СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
УДК 584:581.9
О ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КРИТЕРИЯХ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ
© 2004 г. Димеева Л.А.
Институт ботаники и фитоинтродукции Министерства образования и науки Казахстана 480090 Алматы, ул. Тимирязева, 36-д, [email protected]
Принцип жизненных стратегий растений Раменского-Грайма
Концепция о типах жизненных стратегий впервые была сформулирована Л.Г.Раменским (1938), который выделил три ценобиологических типа у растений: виоленты («львы») - конкурентно мощные растения, они захватывают территорию, заглушая соперников, патиенты («верблюды») берут своей выносливостью и эксплеренты («шакалы») - имеют низкую конкурентную мощность, но способны быстро захватывать освобождающиеся территории. Аналогичные типы выделил Дж. Грайм (1979), назвав их стратегиями растений и присвоив им соответствующие символы: конкуренты (С), стресс-толеранты (S) и рудералы (R). Эти символы отражают первичные стратегии растений. Конкуренты (виоленты) это главным образом деревья, кустарники или высокие травы, произрастающие в благоприятных условиях при отсутствии нарушений и доминирующие в растительных сообществах. У этих видов реализованная и фундаментальная ниша совпадают (Миркин и др., 2001). Как правило, они не обладают банком семян в почве. При ухудшении условий или нарушениях конкуренты часто погибают. Стресс-толеранты (патиенты) обитают в неблагоприятных условиях и переживают стресс с помощью адаптаций. Фитоценозы их обычно разомкнуты и состоят из небольшого числа особей. Рудералы (эксплеренты) замещают виолентов при сильных нарушениях местообитаний. Большинство видов этой стратегии однолетники, способные к формированию банков семян в почве и имеющие приспособления для распространения плодов и семян. Многие из них способны к вегетативному размножению. Рудералы первыми начинают восстанавливать растительность при нарушениях. К этой группе относятся сорные травы, а также растения эфемерового и эфемероидного развития, использующие ресурсы временных осадков и дающие вспышки численности в благоприятных условиях (ложные рудералы по Миркину -Rk). Выше перечисленные типы стратегий (первичные) в чистом виде в природе встречаются редко, чаще встречаются переходные (вторичные по Грайму) СR, CS, RS, CRS стратегии. В пустынных регионах Центральной Азии учение о жизненных стратегиях использовалось как одна из теоретических основ по созданию продуктивных пастбищных экосистем. Такие работы были начаты Н.Т.Нечаевой и др. (1959). Для создания долголетних пастбищ подбираются виды разных жизненных стратегий: виолентные виды деревьев, кустарников и полукустарников (Haloxylon aphyllum, Krascheninnikovia ceratoides, Kochia prostrata, Halothamnus subaphyllus), патиенты (Artemisia halophila), эксплеренты (эфемеры, однолетние солянки) и растения, сочетающие виолентные и патиентные свойства. (Salsola orientalis).
В нарушенных экосистемах знание видовых стратегий позволяет оценить возможности самовосстановления растительных сообществ и разработать методы экологической реставрации.
Оценка типов адаптивной стратегии в антропогенных и естественных экосистемах
Исследования проводились на нефтегазовом месторождении Узень в Восточном Прикаспии. Территория месторождения относится к равнинному Мангышлаку и представляет собой аридно-денудационное столовое плато. Почвы района исследований -серо-бурые пустынные разной степени солонцеватости и солончаковатости, солонцы и
О ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КРИТЕРИЯХ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ 113
солончаки. По западинам с дополнительным поверхностным увлажнением развиваются лугово-бурые почвы. Растительность месторождения является типичной для Узенского геоботанического района (Сафронова, 1991). Основными типами антропогенной трансформации являются техногенное воздействие (дорожная сеть, линии электропередач, трубопроводы) и химическое загрязнение (разливы нефти, амбары).
Для оценки степени антропогенной нарушенности используют разные критерии как растительного, так и почвенного покрова (Методические рекомендации..., 1989; Антропогенная динамика., 1995; Рачковская и др., 1999): изменение видового состава, обилия, проективного покрытия растительности, ярусность, полночленность, наличие видов - индикаторов трансформации. Учитывается состояние почвенного покрова: нарушение структуры почвенных горизонтов, развитие эрозионных процессов, механическое нарушение (разрыхление, уплотнение). Дополнительную информацию дает оценка типов поведения растений (эколого-фитоценотических стратегий) в каждом из растительных сообществ. Анализ типов стратегий при разной степени нарушенности позволяет выявить адаптивные ресурсы растительных сообществ и их способность к восстановительным сменам.
Для определения жизненных стратегий растений месторождения были использованы 3-томная монография Б.А.Быкова «Доминанты растительного покрова Советского Союза» (1962-1965), «Сорные растения Казахстана» А.О.Оразовой (1972), работы З.Ш. Шамсутдинова и соавторов (Шамсутдинов и др., 2001; 2002), а также собственные исследования. Каждому виду соответствует свой тип стратегии, первичной или вторичной, которые определялись по комплексу фитоценотических факторов. Принималось во внимание и то, что каждый вид в разных частях своего ареала и в разных экологических условиях может менять тип стратегии (Миркин и др., 2001). Были выделены следующие типы стратегий.
Первичные стратегии
С - конкурентно способные виды, характеризующиеся высокой энергией жизнедеятельности. К ним относятся доминирующие виды Haloxylon aphyllum, Krascheninnikovia ceratoides, Kochia prostrata, Artemisia terrae-albae. При ухудшении условий (засоление) и нарушениях (техногенная нагрузка, перевыпас) они исчезают или вытесняются из растительных сообществ. При сильных нарушениях их восстанавливают методом фитомелиорации.
S - виды, приспособленные к экстремальным условиям пустыни - засолению и щебнистому или каменистому субстрату. К ним относятся типичные галофиты - Anabasis eriopoda, A.truncata, Salsolafoliosa и петрофиты - Zygophyllum turcomanicum.
R - виды рудеральной стратегии типичные сорняки и растения - индикаторы перевыпаса и нарушений - Atriplex tatarica, Lepidium perfoliatum, Ceratocarpus utriculosus. Эти виды играют большую роль в восстановлении нарушенных территорий.
Rk - ложные рудералы - эфемеры и эфемероиды не увеличивающие свою численность при нарушениях (Leontice incerta, Allium caspium, Ranunculus platispermus). Они всегда присутствуют в естественных сообществах, но при нарушениях техногенного характера исчезают из сообществ.
Типы переходных стратегий
CS - виды способные доминировать в условиях засоления (Tamarix spp., Nanophyton erinaceum, Anabasis salsa, Salsola orientalis) и в каменисто-щебнистой пустыне (Atraphaxis replicata, Convolvulus fruticosus).
CR - виды, индицирующие нарушения разной степени и являющиеся доминантами нарушенных сообществ. Peganum harmala, Anabasis aphylla имеют широкий ареал и произрастают в разных экологических условиях, при нарушениях увеличивает численность.
RS - стресс-толеранты, способные увеличивать свою численность при разной
114 ДИМЕЕВА
степени нарушенности. Галофиты Salsola nitraria, Climacoptera crassa, C.brachiata быстро реагируют на освобождающиеся экологические ниши и отсутствие конкуренции при механическом нарушении почвы и вторичном засолении поверхностных горизонтов.
CRS - в основном луговые виды (Миркин и др., 2001), сочетающие признаки всех типов стратегий (Alhagi pseudalhagi).
Таблица. Флористический состав растительных сообществ на серо-бурых солонцеватых почвах разной степени нарушенности. Table . Floristic composition of plant communities on grew-brown solonetzic soils of different degree of disturbance.
Степень нарушенности / Degree of disturbance
Тип Число видов / Number of species
Виды / Species стратегии / Проективное покрытие (%) / Coverage
Plant фон / слабая/ средняя / сильная/
strategies nil slight moderate high
19/45 18/35 17/25 9/15
К у с т а р н и к и
Convolvulus fruticosus CS 1
П о л у к у с т а р н и к и
Salsola orientalis CS 9 0,5
Kochia prostrata C 1
П о л у к у с т а р и ч к и
Artemisia terrae-albae C 10 10 20 8
Anabasis salsa CS 17 7 0,5
Nanophyton erinaceum CS <1
Т р а в я н и с т ы е м н о г о л е т н и к и
Anabasis truncata S <1
A.eriopoda S 0,5
Ranunculus platispermus Rk 0,5
Leontice incerta Rk <1
Astragalus dolichophyllus Rk <1
Consolida captocarpa Rk 0,5
Rhynopetalum karelinii Rk 0,5
Centaurea adpressa R 0,5
Allium caspium Rk <1
Д л и т е л ь н о в е г е т и р у ю щ и е о д н о л е т н и к и
Ceratocarpus utriculosus R 0,5 0,5
Girgensohnia oppositiflora S <1 0,5
Climacoptera brachiata RS 0,5 <1
Salsola nitraria RS 1
Polygonum aviculare R <1
Atriplex tatarica R 1
Э ф е м е р о в ы е о д н о л е т н и к и
Strigosella africana R 0,5 <1 <1
S. circinata R <1 <1
Veronica amoena Rk 0,5 <1
Goldbachia laevigata R 0,5 <1
Lappula spinocarpos R 0,5 <1
Astragalus commixtus R 0,5 <1
Nonea caspica R 0,5
Lepidium perfoliatum R 0,5 <1 4
Erodium oxyrrhynchum R 0,5
Leptaleum filifolium R 7 <1
Eremopyrum orientale R 5 0,5 <1 <1
Roemeria hybrida R <1 0,5
Ceratocephala testiculata R <1 0,5 1
Tetracme quadricornis R 7 <1
Senecio noeanus R <1
В таблицу (табл.) вошли наиболее типичные растительные сообщества и группировки
О ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КРИТЕРИЯХ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ 115
разной степени нарушенности, отмеченные на серо-бурых солонцеватых почвах месторождения и за его пределами (белоземельнополынно-биюргуновое, биюргуново-белоземельнополынное и белоземельнополынное). В фоновых растительных сообществах проективное покрытие составляет 45%, в котором больше половины приходится на доминанты полынь белоземельную и биюргун. В видовом составе ненарушенных сообществ эксплеренты составляют большинство (15 видов) (рис., А). В основном это эфемеры и эфемероиды, занимающие более 15% проективного покрытия сообщества. В фоновых и слабо нарушенных сообществах немаловажна роль ложных рудералов. Их число сокращается при усилении антропогенной нагрузки. В сильно нарушенных сообществах они не отмечены. Кроме того, при усилении нагрузки возрастает число видов переходных стратегий (СБ, ЯБ).
Аналогичная картина получена для биюргуновых сообществ на солонцах (рис., В). В фоновых растительных сообществах проективное покрытие составляет 30%, флористический состав - 19 видов, из них 17 видов составляют виды рудеральной стратегии (10% проективного покрытия сообщества), 6 из которых - ложные рудералы. В сильно нарушенных сообществах число эксплерентов сокращается до 2 видов, ложные рудералы в них отсутствуют. В слабо и средне нарушенных сообществах проективное покрытие изменяется незначительно (26 и 25% соответственно), флористический состав сокращается до 16 и 14 видов. В сильно нарушенных экосистемах во флористическом составе представлено не более 11 видов, проективное покрытие составляет 3-5%.
Фоновые эфемеровые биюргунники, произрастающие на солончаках остаточных по шлейфам чинков, характеризуются проективным покрытием 25% и флористическим составом из 24 видов. Проективное покрытие доминанта составляет 15%. Эксплеренты представлены 20 видами (6 из них ложные рудералы) и занимают около 10% проективного покрытия сообщества. В нарушенных сообществах на техногенных солончаках проективное покрытие снижается до 5-20%, флористический состав - до 6-19 видов. Сокращается число эксплерентов до 6-11 видов (не более 6%), среди которых ложных рудералов только 1-2 вида. Число видов переходных стратегий СБ, ЯБ увеличивается на 3-5 видов.
Таким образом, спектр эколого-фитоценотических стратегий сообщества является важным критерием оценки степени антропогенной трансформации. В экосистемах разной степени нарушенности изменяется соотношение видов разных жизненных стратегий и соответственно их графическое изображение.
Значение биологического краста Кроме того, одним из важных методов мониторинга и оценки состояния и степени трансформации естественных и антропогенных экосистем служит биологический (криптогамный) краст из лишайников, мхов, грибов, зеленых и сине-зеленых водорослей. Наличие криптогамного покрова является позитивным индикатором стабильности почвы. Для пастбищ Австралии выделены следующие классы криптогамного покрытия (Tongway, 1998): >50%; 10-50%; 1-10%; <1%, которые индицируют разную степень устойчивости почвенного покрова и соответствуют фоновому состоянию, слабой, средней и сильной степени нарушенности. Исследования на нефтегазовом месторождении Узень показали, что особенно велико значение лишайникового покрова. Именно он стабилизирует почву и препятствует пылепереносу во время сильных ветров. Водорослевый покров большой роли в стабилизации грунта не играет. Он сохраняется на участках без механического нарушения, и после дождя может занимать до 80% поверхности почвы. Но при высыхании водорослевая корка скручивается и может быть легко подхвачена ветром. Естественные сообщества в районе месторождения имеют 60-70% лишайников на поверхности почвы. Даже при выпасе этот покров сохраняется на 30-40% при слабом характере нарушения и на 20% при средней степени воздействия.
116
ДИМЕЕВА
— 1. -- 2. --3. -- 4.
C S R CS CR RS CRS Типы стратегий / Plant strategies
20
о
■Q
E
16
и 12 о
m a
-♦-1.
------- 2.
--•-- 4.
»
-A
RS CRS
Типы стратегий / Plant strategies
А
0
B
8
4
0
Рис. Спектры эколого-фитоценотических стратегий в сообществах разной степени нарушенности. А -на серо-бурых солонцеватых почвах; В - на солонцах пустынных; С - на солонцах пустынных после проведения биологической рекультивации. Степень нарушенности: 1 - фон, 2 - слабая, 3 - средняя, 4 - сильная. Fig. Specters of plant strategies in plant communities of different degree of disturbance. A - on grew-brown solonetzic soils; B - on alkaline soils; C - on alkaline soils after biological recultivation. Degree of disturbance: 1 - nil, 2 - slight, 3 - moderate, 4 - high.степени нарушенности.
В техногенных экосистемах месторождения, где накладываются друг на друга факторы нефтяного загрязнения, механического разрушения и уплотнения почвенных горизонтов лишайниковый покров сохраняется только на участках со средней степенью нарушенности, где остается не более 1-3% лихенофлоры. При нарушении сильной степени лишайниковый покров полностью уничтожается. Недостаточное количество атмосферных осадков, иссушение механически нарушенных поверхностных горизонтов почвы, равнинность местности и отсутствие лишайникового покрова являются благоприятными условиями для возникновения пыльных бурь в регионе. В районе месторождения встречается 10 видов
О ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КРИТЕРИЯХ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ 117
лишайников: Aspicilia desertorum, A.calcarea, A.aspera v. hispidioides, Acarospora bicolor, A. cervina, Caloplaca paulsenii, Collema tenax, Lecanora crenulata, Psora decipiens, Rinodina bischoffii (определения М.П.Андреева, БИН/Санкт-Петербург). В основном это виды, приспособленные к известняковым, карбонатным и солонцеватым местообитаниям, широко распространенные по всему миру. В фоновых растительных сообществах в основном представлены лишайники Psora decipiens, Acarospora bicolor, A.cervina, Collema tenax, Aspicilia aspera, A. desertorum, A.calcarea. При слабом и среднем нарушении доля видов Psora decipiens, Acarospora bicolor, Aspicilia calcarea сокращается и увеличивается покрытие видами Aspicilia aspera и A.desertorum, которые называются «манной» и относятся к «кочующим» лишайникам (Кулаков, 2003). На месторождении отмечены только два вида лишайников Acarospora bicolor, Collema tenax на участках с нарушением средней степени. При сильном нарушении лишайники не встречаются.
Наряду с высшими растениями лихенофлора служит индикатором антропогенной нарушенности, подчас более чувствительным. В качестве критериев используют видовой состав, проективное покрытие, обилие, встречаемость лишайников (Слонов и Слонов, 2003; Пристяжнюк, 2003). Еще нет работ по оценке жизненных стратегий лишайников. Однако, как и у высших растений, у них проявляются свойства виолентности, патиентности и эксплерентности. Виды так называемых синантропных лишайников (Мучник, 2003), которые усиливают свои позиции при антропогенной нагрузке, можно отнести к эксплерентам. К виолентам следует отнести ландшафтные виды лихенофлоры тундр (виды Cladonia, Cetraria) и др.
Восстановление деградированных экосистем
Необходимость оценки адаптивной стратегии видов является одним из фундаментальных принципов для разработки методов экологической реставрации деградированных экосистем (Шамсутдинов и др., 2001). Наряду с принципами флористической и ценотической неполночленности фитоценозов и дифференциации экологических ниш и взаимной дополняемости видов знание жизненной стратегии видов позволяет правильно подобрать состав фитомелиорантов, при сочетании которых происходило бы усиление дифференциации экологических ниш и максимальная реализация адаптивных стратегий (Шамсутдинов и Шамсутдинов, 2002).
На месторождении Узень были проведены эксперименты по восстановлению растительности (Димеева, Пермитина, 2003, Димеева и др, 2003). При подборе фитомелиорантов учитывали ярусность и полночленность, видовой и экобиоморфологический состав деградированных растительных сообществ и их природных аналогов. Для фитомелиорации были использованы растения разных жизненных стратегий: проявляющие виолентные свойства (Haloxylon aphyllum, Kochia prostrata, Halothamnus subaphyllus, Krascheninnikovia ceratoides), патиенты (Halimocnemis karelinii), эксплеренты (Atriplex tatarica, Kochia scoparia) и виды переходных стратегий, сочетающие свойства виолентов и патиентов (Tamarix laxa, Salsola orientalis). Для ускорения восстановительных смен растительности использовали разные агротехнические методы, которые определялись в зависимости от типа почв, микрорельефа и степени антропогенной нарушенности. На рис.С показаны изменения спектра жизненных стратегий при восстановлении растительности на солонцовых почвах (участок 1, площадь 1 га). До начала деятельности участок представлял собой сильно нарушенную территорию с разреженными группировками полыни белоземельной, анабазиса шерстистоногого и однолетних солянок с проективным покрытием 3-5%. После проведения биологической рекультивации произошли изменения видового состава и проективного покрытия растительности, особенно существенные на третий год эксперимента, когда создались благоприятные метеорологические условия. Флористический состав достиг 35 видов, проективное покрытие - 25%. По спектру жизненных стратегий это состояние является переходным от
118 ДИМЕЕВА
средней к слабой степени нарушенности (рис.В).
Восстановление биологического краста более сложная задача. В условиях песчаной пустыни при заповедном режиме за три года полностью восстанавливается покров из зеленых и сине-зеленых водорослей (Veste et al., 2001). Восстановление лишайников идет более медленными темпами, часто только на последних стадиях восстановительных сукцессий (Eldridge and Green, 1994). Известно, что рост и размножение лишайников происходит очень медленно. Размножение спорами большого значения в природе не имеет и происходит редко. Более важны для размножения соредии и изидии, которые, попав в благоприятные условия, дают начало новым талломам лишайников. Первичный таллом у кладонии развивается из соредий через 9-24 месяцев, а для развития вторичного таллома требуется от 1 до 8 лет (Гарибова, 1978). Многие лишайники размножаются участками слоевища, которые легко переносятся ветром, водой или животными. На этом способе размножения стоит остановиться при восстановлении деградированных экосистем. Наряду с проведением фитомелиорации следует вносить участки слоевищ лишайников из естественных местообитаний в нарушенные для ускорения формирования биологического краста.
Выводы:
1. Оценка типов жизненных стратегий видов в растительных сообществах дает ценную информацию о сложившемся видовом составе и тенденциях его изменения.
2. В экосистемах разной степени нарушенности изменяется соотношение видов разных эколого-фитоценотических стратегий и соответственно их графическое изображение.
3. Фоновые растительные сообщества Мангышлака характеризуются видами первичных (C,R,S) стратегий, среди которых преобладают R-стратеги; из переходных типов представлены виды CS - стратегии.
4. По мере усиления нагрузки сокращается число рудералов и возрастает количество видов RS- стратегии.
5. При выборе фитомелиорантов для экологической реставрации нарушенных экосистем учитывают соотношение эколого-фитоценотических стратегий для их максимальной реализации.
6. Состояние биологического краста из лишайников служит важным критерием состояния и степени трансформации экосистем. Степень деградации лишайникового покрова зависит от факторов воздействия (перевыпас, техногенные нарушения).
7. При восстановлении нарушенных экосистем необходимо проводить мероприятия по ускорению естественного восстановления лишайникового покрова.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антропогенная динамика растительного покрова Арктики и Субарктики: принципы и методы
изучения. Тр. БИН РАН. Вып.15. Санкт-Петербург, 1995. 185 с.
2. Быков Б.А. Доминанты растительного покрова Советского Союза. Алма-Ата: Наука,1962-1965.
Т.2-3. 435 с.
3. Гарибова Л.В. Лишайники // Водоросли, лишайники и мохообразные СССР (ред.
М.В.Горленко). М., 1978. С.67-152.
4. Димеева Л.А., Пермитина В.Н. Биологическая рекультивация техногенных экосистем
Восточного Прикаспия // Биологическая рекультивация нарушенных земель. Екатеринбург, 2003. С.83-92.
5. Димеева Л.А., Пермитина В.Н., Лариков С.Н. Особенности экологической рекультивации
нефтегазовых месторождений Мангышлака // Мат.межд. конф. «Ботаническая наука на службе устойчивого развития стран Центральной Азии» (25-26 сентября, 2003. Алматы, Казахстан). С.124-126.
6. Кулаков В.Г. О «кочующих» лишайниках // Ботанические исследования в азиатской России:
О ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КРИТЕРИЯХ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ 119
Мат. Х1 съезда РБО. Т.1. С .171-172.
7. Методические рекомендации по оценке и картографированию современного состояния
экосистем МНР. Улан-Батор, 1989. 107 с.
8. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А. Современная наука о растительности. М., 2001. 264 с.
9. Мучник Е.Э. Тенденции антропогенной трансформации лихенофлор // Ботанические
исследования в азиатской России: Мат. Х1 съезда РБО. Т.1. С.179-181.
10. Нечаева Н.Т., Приходько С., Башкатова А., Киянова Р. Опыт улучшения пустынных пастбищ в
Туркменистане. Ашхабад: Илым, 1959. 245 с.
11. ОразоваА.О. Определитель сорных растений Казахстана. Алма-Ата, 1972. 168 с.
12. Пристяжнюк С.А. Лихенологические критерии оценки состояния растительного покрова (на
примере юго-западной части Северо-Сибирской низменности // Ботанические исследования в азиатской России: Мат. Х1 съезда РБО. Т.1. С. 185-186.
13. Раменский Л.Г. Избранные труды. Л.: Наука, 1971. 334 с.
14. Рачковская Е.И., Огарь Н.П., Марынич О.В. Факторы антропогенной трансформации и их
влияние на растительность степей Казахстана // Степной бюллетень. Новосибирск, 1999. № 5. С.22-25.
15. СафроноваИ.Н. Пустыни Мангышлака (очерк растительности). Санкт-Петербург, 1996. 210 с.
16. Слонов Т.Л., Слонов Л.Х. Оценка чистоты атмосферного воздуха с помощью лишайников //
Ботанические исследования в азиатской России: Мат. Х1 съезда РБО. Т.1. С.190.
17. Шамсутдинов З.Ш., Савченко И.В., Шамсутдинов Н.З. Галофиты России, их экологическая
оценка и использование. М., 2001. 399 с.
18. Шамсутдинов З.Ш., Шамсутдинов Н.З. Методы экологической реставрации аридных
экосистем в районах пастбищного животноводства. Степной бюлл. 2002, №11. С.21-26.
19. Eldrige D.J., Green R.S.B. Microbiotic soil crusts: a review of their roles in soil and ecological
processes in the rangelands of Australia. Aust.J.Soil Res. 1994. 32: 389-415.
20. Grime J. Plant strategies and vegetation processes, J.Wiley publ., Chichester, 1979. 222 p.
21. Tongway D. Rangeland soil condition assessment manual. Canberra: CSIRO, 1994. 69 p.
22. Veste M., Littmann Th., Breckle S.-W., Yair A. The Role of biological crust on desert sand dunes in the
Nothwestern Negev, Israel // Sustainable Land Use in Deserts (Breckle et al., eds.). Springer-Verlag Berlin-Heidelberg. 2001. 357 - 367 pp.
ADDITIONAL CRITERIONS ON ASSESSMENT OF CURANT STATE AND RESTORATION OF ANTHROPOGENIC ECOSYSTEMS
© 2004 г. L. Dimeyeva
Institute of Botany and Phytointroduction Ministry of Education & Science of Kazakhstan 36-D Timiryazav
St. 480090 Almaty, [email protected]
Plant strategies (Ramensky, 1938; Grime, 1979) and cryptogam cover (Tongway, 1998) has been used as additional criterions for evaluation of anthropogenic ecosystems.
The study has been carried out in the oil field Uzen in the Eastern Caspian region. Road network, transmission facilities, pipe lines, oil spills, earth storage are main types of human impact in the oil field.
Analysis of plant strategies types of plant communities of different degree of disturbance allows revealing adaptive resources of plant communities and their abilities for restoration.
Each species corresponds to the plant strategy type, primary or secondary, which are determined on a basis of complex phytocoenotic factors. It was taken into consideration that each species in different parts of the geographic area, in different ecological conditions may change the strategy (Mirkin et al. 2001). The following plant strategies have been identified for the area. Primary strategy
C - competitive species characterized by high energy of vital functions. Dominant species (Haloxylon aphyllum, Krascheninnikovia ceratoides, Kochia prostrata, Artemisia terrae-albae) belong to them. These species quickly vanish and are displaced under grazing pressure and disturbance.
120 ДИМЕЕВА
S - the species adapted to extreme conditions of a desert - salinity and rubbly soil. Typical halophytes - Anabasis eriopoda, A.truncata, Salsola foliosa and petrophytes - Zygophyllum turcomanicum belong to this group.
R - the species of the ruderal strategy are typical weeds and plants - indicators of overgrazing and disturbance - Atriplex tatarica, Lepidium perfoliatum, Ceratocarpus utriculosus. The species play a grate role in restoration of degraded lands.
Rk - false ruderals (Mirkin et al. 2001) are ephemerals and ephemeroids, they do not increase the number under disturbance (Leontice incerta, Allium caspium, Ranunculus platispermus). They always are represented in natural communities, but disappear in anthropogenic ecosystems.
Secondary strategy
CS - the species capable to dominate in conditions of high salinity (Tamarix spp., Nanophyton erinaceum, Anabasis salsa, Salsola orientalis) and stony and rubbly desert (Atraphaxis replicata, Convolvulus fruticosus).
CR - the species indicating disturbance of different degree. They can be dominants in disturbed conditions (Anabasis aphylla, Peganum harmala).
RS - stress - tolerants capable to increase the number in conditions of disturbance. Halophytes Salsola nitraria, Climacoptera crassa, C.brachiata can quickly use free ecological niches and absence of competition after mechanical disturbance and secondary salinization of surface horizons
CRS - mostly meadow species (Mirkin et al. 2001) combining attributes of all plant strategies (Alhagi pseudalhagi).
Specters of plant strategies types in plant communities of different degree of disturbance have special graphs. Natural plant communities have species of C, S, CS and R-strategy in floristic composition. R-plants prevail in them and occupy one third of projective coverage of the communities. Disturbance leads to reduction of coverage and species number especially of ruderal strategy. Species of secondary strategies CS, RS have been increased in ecosystems of high degree of disturbance.
Significance of biological crust in desert ecosystems is very important for stability of a land surface. Natural plant communities in the area of Uzen oil field have 60-70% of lichen cover in the soil surface. Slight grazing leads to reduction of lichens by 30%. 20% cover has rested after moderate grazing. Only 13% of lichens can be found in technogenic ecosystems of moderate degree of disturbance. There is no any cryptogam cover in highly disturbed areas.
Evaluation of plant strategies types is one of principles on ecological restoration of degraded lands (Shamsutdinov et al. 2001). Proper combination of plant species for phytoreclamation would strengthen maximal realization of adaptive strategies and differentiation of ecological niches.
Ecological restoration in the oil field has been conducted on several experimental plots. Different agrotechnics has been tested at the plots. Salt and drought resistant species from local flora of different plant strategies types have been used as phytoameliorants. Ecological restoration on solonetzic soils showed the following results. Coverage of vegetation improved from 3-5 % to 25 %, floristic composition increased by 24 species over the three-year period. Analysis of plant strategies graphs displayed the transitional state between moderate and slight degree of disturbance. Restoration of a lichen cover is more difficult problem. One of possible method is introducing parts of lichens' thallome from natural habitats into degraded lands for accelerating formation of biological crust. CONCLUSIONS
Evaluation of plant strategies types in plant communities gives voluble information on currant floristic composition and tendencies of its change.
There are particular proportion of plant strategies types and graphs in ecosystems of different degree of disturbance.
Natural plant communities of Eastern Caspian region are characterized by species of primary (C,R,S) and secondary (CS) strategies. Species of ruderal strategy prevail.
Anthropogenic ecosystems are characterized by reduction of number of R-species and expansion of RS-species.
Proper combination of plant species for ecological restoration will provide maximal realization of adaptive strategies.
Lichen cover is an important criterion of state and transformation of ecosystems. Degree of degradation of it depends on type of influence (overgrazing, technogenic disturbance).
Efforts on restoration of lichen cover should become an important part on ecological restoration of disturbed lands.
