CC BY
21
УДК 911.2:581.9
М.В. Валов, А.Н. Бармин, Е.А. Бармина, А.Ю. Колотухин, И.М. Куренцов Астраханский государственный университет, [email protected]
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ДИНАМИКИ ДОЛГОПОЕМНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ ДЕЛЬТОВЫХ ЭКОСИСТЕМ РЕКИ ВОЛГИ
Смена сочетаний и комплексов растительных сообществ является причиной изменения продуктивности биологических ресурсов дельтовых ландшафтов, что определяет соответствующие возможности природопользования на данных территориях. Показаны основные тенденции динамики растительного покрова долгопоемных фитоценозов дельты р. Волги в период с 1982 по 2015 гг. Рассмотрены изменения ведущих факторов среды, определяющих основные экологические черты растительного покрова дельтовых ландшафтов: климатические характеристики, изменения гидрологического режима р. Волги и условий поемности, особенности дифференциации растительного покрова в зависимости от дельтового рельефа и приуроченных к нему процессов.
Ключевые слова: дельта р. Волги; продуктивность фитоценозов; видовой состав растительности; гидрологический режим.
Введение
Растительный покров дельтовых ландшафтов особенно чутко реагирует на все изменения природной среды и отличается высокой подверженностью разногодичным флуктуациям и многолетним сукцессионным сменам, что, в конечном итоге, определяет его чрезвычайную изменчивость во времени и пространстве.
Для обеспечения функционирования природных комплексов речных дельт в естественном диапазоне важно понять закономерности динамки дельтовых экосистем и механизм формирования их устойчивых состояний, что, в свою очередь, дает возможность грамотно и эффективно подходить к оценке реакции компонентов ландшафта на внешние естественные и антропогенные воздействия.
Основными факторами, влияющими на устойчивое функционирование и флористический состав растительных сообществ, являются особенности климата территории, условия влаго-обеспеченности, а также дифференциация растительного покрова в зависимости от засоления почв, которая на уровне ландшафтов устьевых областей рек задается системой дельтового рельефа и приуроченных к ним процессов (Залетаев, Новикова, Митина, 1997).
В настоящее время, в связи с происходящими изменениями гидрологического режима, климата, хозяйственной деятельностью человека, крайне необходимой для устойчивого и экологически безопасного развития региона дельты р. Волги является оценка состояния и изменения природной среды, существенным элементом которой служит организация и ведение растительного мониторинга (Бармин и др., 2015; Дымова и др., 2015).
Материалы и методы
В 1979 г. в восточной части дельты р. Волги с целью мониторинга почвенного и растительного покровов был заложен стационарный профиль, на нескольких трансектах которого была выбрана серия пробных геоботанических площадок. Пробные площадки размером 2^2 м заложены на расстоянии 15 м друг от друга на экотопах, подверженных влиянию половодий: они либо затапливались, либо подтапливались во время его наступления. На вершинах и высоких участках склонов бэровских бугров, не подверженных воздействию половодий, пробные площадки не закладывали. Геоботанические описания площадок во все годы исследований проводили в августе. После проведения описаний на этих же площадках на участках размером 50*50 см скашивали надземную массу растений, которую затем разбирали по видам, высушивали и взвешивали (Голуб, Бармин, 1994; Голуб, Бармин, 1995; Старичкова и др., 2012; Бармин и др., 2015).
В данной работе приводятся результаты мониторинговых исследований динамики растительного покрова на лугах низкого уровня (интервал высот над меженью 1.2 м и ниже) с 1982 по 2015 гг.
Результаты и их обсуждение
Основным фактором, влияющим на динамику растительного покрова устьевой природной системы р. Волги, являются весенне-летние половодья, под которыми, после строительства каскада гидроэлектростанций и зарегулирования гидрологического режима, условно понимаются объемы водного стока за II квартал (Голуб и др., 2013; Бармин, Валов, 2015; Бармин и др., 2015).
Средний объем водного стока за второй квартал за период с ненарушенным гидрологическим режимом составлял 141 км3 (58% от годового стока) (Георгиади и др., 2014). На последующем временном отрезке наблюдается направленное снижение как объемов половодья, так и их доли от общегодового стока. Объемы половодий несколько увеличились в связи с возросшим среднегодовым водным стоком с конца 1970-х до начала 2000-х гг. (рис. 1) (Бармин, Валов, 2015). В последнее десятилетие наблюдений (2006-2015 гг.) средний объем стока составил 93 км3 (38% от среднего годового стока).
180 1 160 § 140
Л 120 1 100 I 80
н
i 60 | 40
I 20 о 0
ООООООООООООООООСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛОООООООООО'-I'-I'-I'-I'-I'-I ChS^ChS^ChS^ChS^S^OS^ChS^ChS^ChS^Ch©©©©©©©©©©©©©©©©
Годы
■и- Объём водного стока за II квартал, куб. км — • ♦ Полиномиальная (Объём водного стока за II квартал, куб. км)
Рис. 1. Объем водного стока в створе Волгоградской ГЭС за второй квартал по периодам, км3
Также выявлены значительные колебания максимальных уровней подъема воды в период половодья по мерке водомерного поста г. Астрахани. С начала 80-х годов уровень подъема воды существенно увеличился, достигнув максимума в период с 1992 по 2001 гг. (рис. 2) (Бармин, Валов, 2015). В последний период анализа (20022015 гг.) максимальный уровень подъема воды примерно сравнялся по величине с периодом 1954-1961 гг.
1952-1961 1962-1971 1972-1981 1982-1991 1992-2001 2002-2015 Годы
Рис. 2. Средние значения максимальных уровней подъема воды за II квартал по рейке водомерного поста г. Астрахани по периодам
Следующим фактором, определяющим степень влагообеспеченности и, как следствие, функционирования растительного покрова дельтовых ландшафтов, является количество выпадающих атмосферных осадков за вегетационный период. В дельте р. Волги количество атмосферных осадков за период с г°С>10°С флуктуировало при общей тенденции к снижению (рис. 3) (Вагтт et а1., 2015).
с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^с^^оооооооооооооооо Годы
Количество осадков за вегетационный период .........Полиномиальная (Количество осадков за вегетационный период)
Рис. 3. Количество осадков за вегетационный период
Количество тепла за вегетационный период также оказывает определенное воздействие на продуктивность надземной массы травостоя. За период ведения мониторинга в динамике среднегодовой суммы температур с 1;0С>10 °С отмечен положительный тренд (рис. 4). Если с 1922 по 1981 гг. колебания сумм температур происходили в диапазоне 3400-3600 °С, то с 1982 по 2015 гг. колебания происходят уже в диапазоне 3600-3900 °С (Вагтт ег а1., 2015).
Рис. 4. Динамика средней суммы температур за период с температурой >10°С по данным гидрометеорологической станции г. Астрахани по периодам
Изменения климатических характеристик и гидрологического режима привели к изменениям в растительном покрове лугов низкого уровня дельты р. Волги.
4
российский журнал ииой экологии
Луга низкого экологического уровня расположены в интервале высот 1.2 м и ниже над меженным уровнем реки, в период половодья длительность их затопления в среднем составляет от двух до трех месяцев (Цаценкин, 1962; Бармин и др., 2015). Названия высших растений даны по их списку в базе «Flora Europaea» (URL: http://rbg-web2.rbge.org.uk/FE/fe.html), состав синтаксонов дается по классификации Браун-Бланке (Golub, Losev, Mirkin, 1991).
Продуктивность фитоценозов на лугах данного уровня направленно возрастала от 1982 к 2006 г., после чего произошло значительное снижение биомассы надземной части травостоя (рис. 5).
Ввиду того, что пониженные участки профиля стали затапливаться на более длительные периоды, на них произошло уменьшение содержания водорастворимых солей, что индицирует Crypsis schoenoides, уменьшивший общую массу с 1982 по 2006 гг. в 11 раз, а к 2011 г. полностью выпав из травостоя, что вызвало перемещение растений гликофитов на ранее засолен ные экотопы.
3000
2500
местно в данных местообитаниях преобладали растительные сообщества класса Phragmitetea, такие как Calystegio-Phragmitetum, Sagittario-Sparganietum, где доминировали Phragmites australis, Typha angustifolia. В 1996 г. преобладающей являлась асс. Sparganio е^сН - Typhetum angustifoliae, в период с 1996 по 2011 гг. произошло формирование монодоминантных сообществ асс. Calystegio-Phragmitetum и асс. Sparganio етсЫ - Typhetum angustifoliae. Рост представленности данных сообществ, помимо увеличения обводненности дельты Волги, можно связать с тем, что участки с преобладанием грубостебельных, плохо поедаемых трав (к которым относятся Typha angustifolia и Phragmites australis) перестали скашивать, а также с сокращением пастбищной нагрузки на исследуемых территориях (Голуб и др., 2013; Дымова и др., 2013).
2000
1500
1000
—Полиномиальная (Typha angustifolia)
Рис. 6. Динамика продуктивности видов Typha angustifolia и Phragmites australis на лугах низкого уровня
Рис. 5. Динамика продуктивности растительности на лугах низкого уровня
Возрастание продуктивности долгопоемных фитоценозов шло за счет увеличения биологической массы гигрофитов Typha angustifolia и Phragmites australis (Бармин и др., 2015).
Резкое возрастание продуктивности Typha angustifolia произошло от 1982 к 1996 гг. (в 43 раза), от 1996 до 2006 гг. значения биомассы данного вида флуктуировали, после 2006 г. наблюдается снижение надземной массы травостоя, минимум которой отмечен в 2015 г. (рис. 6).
В период с начала ведения мониторинга отмечается стабильный рост надземной массы Phragmites а^га^, максимум продуктивности которого наблюдался в 2006 г.
Интересно отметить смену доминантных сообществ на лугах низкого уровня. Повсе-
Сокращение объемов и длительности водного стока за II квартал, наблюдаемые в низовьях Волги с 2006 г. оказали угнетающее влияние на перечисленные ассоциации, а катастрофически низкое половодье 2015 г. привело к отмиранию надземной части Typha angustifolia на огромных территориях (рис. 7).
Однонаправленные тенденции изменения биомассы отмечены у гигромезофитных видов Bolboschoenus maritimus, Eleocharis palustris и Rubia tatarica (рис. 8). С 1982 по 2006 гг. продуктивность данных видов увеличилась в 4, 14.6 и 114 раз, соответственно. К 2015 г. Bolboschoenus maritimus полностью выпал из состава травостоя лугов низкого уровня, биомасса Eleocharis palustris вернулась к значениям 1982 г., продуктивность Rubia tatarica в 2015 г. по сравнению со значениями 2006 г. сократилась в 38 раз.
Рис. 7. Состояние ассоциации Sparganio егесН - Typhetum angustifoliae (Golub ег а1., 1991) на лугах низкого уровня после половодья 2015 г.
Рис. 8. Динамика продуктивности видов Bolboschoenus maritimus, Eleocharis palustris, Rubia tatarica на лугах низкого уровня
Выводы
Увеличение объемов водного стока, длительности затопления и максимальных уровней подъема воды за II квартал в период с 1982 г. по начало 2000-х годов привели к уменьшению содержания водорастворимых солей в почвах, снижению токсичности почвенного раствора, смене более токсичного хлоридно-сульфатного засоления на суль-фатно-хлоридное (Бармин, Валов, Иолин, 2015).
Помимо изменения гидрологических и эдафи-ческих условий изменились также особенности сенокошения в дельте р. Волги. В настоящее время укосы травы проводят выборочно на небольшой территории, пересекаемой трансектами, тогда как раньше для сенозаготовки в районе расположения трансект выкашивали всю площадь (Голуб и др., 2013). Все это привело к росту надземной
массы травостоя и формированию монодоминантных сообществ асс. Calystegio-Phragmitetum и асс. Sparganio егесН - Typhetum angustifoliae.
Однако с 2006 г. наблюдается процесс ариди-зации климата в дельте реки Волги, на что указывают рост среднегодовых температур воздуха, снижение количества атмосферных осадков (Вагтт ег а1., 2015) и сокращение объемов половодий. На лугах низкого уровня данные гидрометеорологические изменения повлияли на некоторое увеличение легкорастворимых солей в почвах, повышение токсичности почвенного раствора (Бармин, Валов, Иолин, 2015) и значительное уменьшение продуктивности растительных сообществ, что может указывать на начало сук-цессионного процесса в обратном направлении (Бармин и др., 2015).
Список литературы
1. Бармин А.Н., Валов М.В. Устьевая область реки Волги: интегральная оценка некоторых природных и антропогенных факторов, влияющих на изменение гидрологического режима // Естественные науки. 2015. № 2. С. 7-15.
2. Бармин А.Н., Валов М.В., Иолин М.М., Шуваев Н.С. Влияние гидрометеорологических и эдафических факторов на динамику фитоценозов лугов низкого уровня дельты реки Волги // Геология, география и глобальная энергия. 2015. № 3 (58). С. 15-25.
3. Бармин А.Н., Валов М.В., Иолин М.М. Геохимические особенности миграции легкорастворимых солей в почвах лугов низкого уровня дельты реки Волги // Российский журнал прикладной экологии. 2015. №1. С. 21-25.
4. Голуб В.Б., Бармин А.Н. Некоторые аспекты динамики почвенно-растительного покрова дельты р. Волги // Экология. 1995. № 2. С. 156-159.
6
К11 журнал ИМ! ЭКОЛОГИ
5. Голуб В.Б., Старичкова К.А., Бармин А.Н., Иолин М.М., Сорокин А.Н., Николайчук Л.Ф. Оценка динамики растительности в дельте реки Волги // Аридные экосистемы. 2013. №19 (56). С. 58-68.
6. Георгиади А.Г., Коронкевич Н.И., Милюкова И.П., Ка-шутина Е.А., Барабанова Е.А. Современные и сценарные изменения речного стока в бассейнах крупнейших рек России: Часть 2: Бассейны рек Волги и Дона. М.: МАКС Пресс, 2014. 216 с.
7. Дымова Т.В., Бармин А.Н., Сидоров Н.В., Валов М.В., Яруллин И.М., Бармина Е.А. Антропогенное влияние на растительность фитоценозов и агрофитоценозов дельты Волги. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2013611727 от 4.02.2013 г
8. Дымова Т.В., Бармин А.Н., Шуваев Ю.А., Бессмельцев Д.С., Сидоров Н.В., Колчин Е.А., Бармина Е.А., Валов М.В., Колотухин А.Ю. Изучение антропогенного воздействия на биоту различных сред обитания. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2015610493 от 13.01.2015 г
9. Залетаев В.С., Новикова Н.М., Митина Н.Н. Экосистемы речных пойм: структура, динамика, ресурсный потенциал и проблема охраны / Под ред. В.С. Залетаева. М., 1997. 620 с.
10. Старичкова К.А., Голуб В.Б., Бармин А.Н., Иолин М.М., Сорокин А.Н. Оценка изменений растительности в средней части восточной дельты р. Волги. Динамика флоры // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. 2012. № 4.С. 18-24.
11. Цаценкин И.А. Растительность и естественные кормовые ресурсы Волго-Ахтубинской поймы и дельты р. Волги // Природа и сельское хозяйство Волго-Ахтубинской поймы и дельты р. Волги / Сборник научных трудов. М.: Изд-во МГУ, 1962. С. 118-192.
12. Электронная база данных «Flora Europaea» [электронный ресурс]. URL: http://rbg-web2.rbge.org.uk/FE/fe.html
13. Barmin A.N., Valov M.V., Suvaev N.S., Kolchin E.A.
Concerning global climate change: ninety-year trend of some climatic characteristics in the delta ecotones of the Caspian Sea region // IGCP 610 Third Plenary Conference and Field Trip «From the Caspian to Mediterranean: Environmental Change and Human Response during the Quaternary». M., 2015. P. 26-29.
14. Golub V.B., Losev G.A., Mirkin B.M. The aquatic and hydrophytic vegetation of the Lover Volga Valley // Phytocoenologia. 1991. V.20, № 1. P. 1-63.
M.V. Valov, A.N. Barmin, E.A.Barmina, A.Yu. Kolotukhin, I.M. Kurentsov. Modern dynamic tendencies of long flood plain phytocoenosis of the Volga river delta ecosystems.
Changing of plant complexes combinations is the reason for the change of biological resources productivity of the delta landscape, which determines the ecosystem relevant potential management in these territories. The main tendencies of vegetation cover dynamics of long flood plain phytocoenosis of the Volga river delta are shown in the period from 1982 to 2015. Changes of the leading environment factors defining the main environmental features of delta landscapes are considered: climatic characteristics, changes of the hydrological regime of the Volga River and conditions of flood plain, features of vegetation cover differentiation depending on the topography of the delta and related processes.
Keywords: the Volga river delta; phytocoenosis productivity; vegetation species composition; hydro-logical regime.
