Changes in the soil and vegetation cover of the Kochubey biosphere station under global warming in recent years

Толық мәтін

За последние сто лет, по данным сети Росгидромета, потепление климата в России составило 1,29°С при среднем глобальном – 0,74°С. По результатам экспериментальных наблюдений на территории Северо-Западного Прикаспия установили, что при колебании осадков в пределах климатических норм (КН), с 2001 по 2010 год среднегодовая температура превысила КН на 1,2…1,3°С, усилилась аридизация светло-каштановых почв и связанные с ней процессы засоления. [4, 5]

В последние десятилетия в связи с глобальным потеплением климата произошли большие изменения в пастбищных экосистемах северных районов Дагестана. Под влиянием неравномерного стихийного выпаса скота обширные массивы коренных высокопродуктивных ковыльных и типчаково-прутняковых сообществ превратились в малоценные полынно-солянковые. Это касается пастбищ, где 70% территории подвержено деградации из-за интенсивного антропогенного воздействия, в результате образовались очаги опустынивания, имеющие тенденцию к распространению вглубь республики. [1–3, 7]

Цель работы – изучение пространственной структуры, многолетней и сезонной динамики растительного покрова пастбищных ландшафтов Республики Дагестан.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

С 2010 по 2023 год вели наблюдения за растительным покровом на территории Кочубейской биосферной станции (КБС). Почвенный покров – светло-каштановые карбонатные среднезасоленные разновидности и песчаные массивы в комплексе со светло-каштановыми почвами.

Растительные ассоциации – сообщества из галофитных ксерофитов, эдификаторов, доминантов в зависимости от экологических условий и режима использования.

Климат – сухой континентальный. Годовая сумма осадков – 150…320 мм, низкая обеспеченность влагой, большая испаряемость, максимальная температура воздуха летом – 40…45°, 55 дн. в году преобладает сильный иссушающий юго-восточный ветер. Мониторинг за флористическим составом проводили на стационарных площадках в течение пастбищного сезона, один раз в месяц на протяжении многих лет. Определяли влажность почвы. Использовали данные метеостанции.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В связи с потеплением климата и другими факторами на территории Кочубейской биосферной станции произошли значительные изменения природной среды (разрушение растительно-почвенного покрова, появление пыльных бурь, увеличение площади развеваемых песков). [6, 7]

С 2010 по 2023 год наблюдали постепенное разряжение и исчезновение 19 видов из 56 существующих, а также отмирание ценных кормовых растений и их смену на ксерофитные сорняки.

Антропогенный видоизмененный ландшафт сформировался из-за иссушения верхнего слоя почвы при высокой температуре в летний период.

Пастбищные угодья КБС от длительного использования и потепления климата в полупустынных условиях находятся на грани полной потери естественной кормовой растительности и превращения почвенного покрова в сплошной песчаный массив. Устанавливается сухой лимитирующий период для растений, способствующий изживать видовой состав. Характерные виды флоры для данной местности (колосник песчаный, разнотравье, полыни, козлобородник, солянки, солерос травянистый) нетребовательны и успешно переносят засуху, легко приспосабливаются к негативным факторам среды. В растительном покрове сообщества уменьшается флористическое разнообразие и численность ценных кормовых видов разнотравья (ковыль, типчак, влаголюбивые злаковые).

Они вытесняются однолетними злаковыми ксерофитными видами. Происходит замена злаков (Bromus, Poa, Festuca), снижается продуктивность пастбищных фитоценозов, площадь проективного покрытия составляет 10…20% и уменьшается устойчивость сообществ к засухе (см. таблицу).

 

Виды растений на территории Кочубейской биосферной станции по годам

Вид	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023
Alýssum desertórum	65	55	45	30	28	29	30	30	25	20	10	–	–	–
Arabis thaliana	50	48	44	40	35	35	40	45	17	40	35	35	30	30
Agropyron repens	75	80	80	70	65	55	50	45	33	25	10	15	10	–
Agropyron cristatum	80	80	80	70	70	65	60	55	50	45	25	20	15	–
Agropyron desertorum	70	75	75	70	65	60	60	55	50	50	25	30	25	20
Alhagi pseudalhagi	50	55	55	50	45	30	28	30	33	33	25	20	15	10
Amaránthus retrofléxus	70	75	75	65	60	55	50	55	58	60	55	55	60	60
Átriplex tatárica	67	70	70	65	60	65	50	55	35	30	20	15	–	–
Atriplex patula	17	18	18	15	10	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Artemisia taurica	100	100	100	95	98	92	95	100	100	98	99	98	95	94
Artemisia lercheana	85	80	80	75	75	70	70	80	65	65	60	50	50	50
Artemisia arenaria	90	95	95	90	85	85	80	80	85	75	70	70	70	65
Artemisia monogina	100	100	100	90	95	85	75	80	80	95	90	80	85	80
Astragalus sp.	30	25	20	15	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Bromus mollis	90	95	95	85	85	80	80	80	75	75	70	75	70	60
Bromus tectorum	90	90	80	70	70	60	50	45	45	50	50	50	45	45
Bromus squarrosus	67	68	68	60	55	52	60	67	55	50	35	50	45	45
Bromopsis inermis	33	30	35	25	20	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Calligonum aphyllum	55	50	52	48	45	45	35	33	33	32	20	28	25	15
Camphorosma lessingii	55	60	60	40	45	45	40	28	17	10	–	–	–	–
Carduus stenocephalus	33	33	33	30	32	28	28	25	23	23	20	20	20	25
Carex desertorum	83	90	95	88	85	90	88	95	–	65	45	60	45	40
Ceratocarpus arenarius	80	80	80	75	70	70	45	50	50	40	35	40	45	40
Cerastium perfoliatum	33	35	35	30	30	20	–	–	–	–	–	–	–	–
Cynodon dactylon	80	85	83	70	65	60	50	55	40	45	35	40	35	30
Eremopyrum orientale	33	33	35	30	30	28	30	33	25	22	15	15	10	10
Eremopyrum triticeum	75	80	80	75	75	70	75	65	45	40	35	25	25	15
Eragróstis minor	67	67	67	55	50	50	45	40	20	–	–	–	–	–
Falcaria vulgaris	33	35	35	25	24	20	18	18	17?	20	25	20	18	20
Festuca pratensis	40	45	45	35	35	30	30	25	25	20	10	–	–	–
Festuca Valesiaca sulcáta	67	70	70	65	65	60	50	40	17	40	10	10	–	–
Hordeum leporinum	40	45	45	35	40	45	48	50	50	50	48	48	40	35
Helichrysum arenarium	65	65	65	60	50	45	50	55	50	55	50	45	50	50
Kochia prostrata	40	45	45	35	30	30	25	20	15	10	10	10	–	–
Limonium meyeri	33	33	35	30	28	25	22	20	17	17	10	14	12	10
Marrubium vulgare	18	20	20	17	17	17	15	15	15	–	–	–	–	–
Papaver arenarium	15	15	15	10	10	12	10	10	8	5	5	5	5	4
Poa praténsis	90	95	95	80	75	70	60	55	45	40	30	25	20	15
Poa bulbosa	33	33	33	30	28	28	25	20	25	20	15	20	25	20
Phleum paniculatum	67	67	67	60	55	50	35	25	17	15	–	–	–	–
Puccinellia gigantea	67	68	68	55	50	45	35	20	25	10	–	–	–	–
Petrosimonia oppositifolia	33	35	35	30	25	20	20	15	17	15	15	10	10	15
Salsola tragus	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	95	100	100	100
Salsola orientalis	100	100	100	98	98	95	90	95	83	85	75	70	72	65
Salsola dendroides	100	98	100	95	95	98	90	85	67	67	70	65	60	55
Salicornia	85	90	90	85	80	85	85	80	70	75	75	70	75	70
Sónchus arvénsis	33	33	35	40	45	50	60	70	83	83	85	85	80	75
Stípa capilláta	33	35	35	30	35	40	40	45	50	50	55	45	45	40
Veronica verna	15	17	17	10	15	15	10	10	12	10	8	10	10	10
Avena fatua	83	82	83	70	65	58	50	45	45	40	45	45	50	55
Suaeda microphylla	33	35	35	30	33	30	35	35	30	30	33	25	28	30
Ceratocarpus arenarius	67	60	60	50	45	40	35	33	17	10	–	–	–	–
Inula sabuletorum	33	33	35	50	40	40	45	40	30	30	20	10	–	–
Xanthium spinosum	65	60	55	50	55	58	60	55	55	45	45	40	45	45
Pleconax conica	50	55	55	50	45	40	40	35	30	20	–	–	–	–
Glycyrrhíza glábra	50	55	55	40	40	30	35	20	10	–	–	–	–	–

 

Из семейства злаковых на стадии исчезновения находится Stipa, редкими стали пастбищные травы Agropyron, Festuca, Elytrígia répens, их вытеснили такие растения, как Bromus tectorum, B. squarrosus и различные виды Eremopyrum.

В депрессивных растительных сообществах повышается ценотическая роль Stipa и Poa bulbosa. Одновременно появляются сорные виды – Veronica arvensis, Arabidopsis thaliana, Trigonella orthoceras, Sоnchus аsреr и другие. При этом снижается флористическое разнообразие, видовая насыщенность сорных растений. Растительный покров участков с ненормированной нагрузкой представлен полынно-типчаковой и солянково-разнотравно-полынной ассоциациями, из которых доминантные – сообщества полыней, где индикаторами считаются Artemisia taurica, Eremopyrum orientale, E triticeum. Роль эдификатора переходит к ксерофитным растениям полукустарничкам, сменяются сообщества, полынно-разнотравное трансформируется в полынно-многолетнее-солянковое. Видовой состав солянок также изменился, уменьшилось количество многолетних (Kochia и Camphorosma). Виды Salsola поедаются только, если нет других кормовых растений. Они активно доминируют, поскольку приспособлены к условиям по своим морфологическим особенностям, их присутствие – признак деградированных пастбищных фитоценозов. Растительность таких пастбищ представлена полынно-однолетно-солянковым комплексом, индикаторы этого сообщества однолетние полыни Artemisia taurica и Artemisia salsoloides. Постепенно исчезают из семейства злаковых – Festuca valesiaca, Phleum paniculatum, Eremopyrum triticeum, Agropyron cristatum и другие, маревых – Camphorosma lessingii, Kochia prostrata, Suaeda microphylla, Atriplex tatarica, бобовых – Glycyrrhiza glabra, основные кормовые растения – Carex. Для злаково-полынно-солянковой ассоциации характерна быстрая потеря доминирующих крупных дерновинных злаков и обилие ксерофитов. Растения, сокращающие свою численность под влиянием неблагоприятных условий, – Stipa lessingiana, мятлик луговой Poa praténsis и другие злаки. На смену приходят непоедаемые или стойкие к вытаптыванию адвентивные виды (Hordeum leporinum). Относительной устойчивостью из кормовых растений к умеренной нагрузке обладают Agropyron cristatum, A. desertorum, типчак (Festuca valesiaca), Cynodon dactylon, Avena fatua, при сильных нагрузках увеличивают свое обилие плохо поедаемые виды – Artemisia taurica, Atriplex tatarica, Falcaria vulgaris, Veronica arvensis, Arabidopsis thaliana и другие. Растительность дигрессивных пастбищ представлена рудеральными и синантропными видами. Такое изменение видового состава приводит к смене фитоценозов и трансформации растительных сообществ. В качестве индикатора деградации нами отмечены не только отдельные виды растений, но и сообщества, в которых они присутствуют. На участке с усиленной нагрузкой в травостое фитоценозов увеличивается число ксерофитов, рудеральных видов, упрощается пространственная структура растительного покрова.

На легких почвах ощущается недостаток влаги из-за уменьшения количества выпадающих осадков и увеличения испаряемости, это приводит к риску засухи и сопровождается сменой растительности с вовлечением новых территорий. Растения играют ключевую роль в экосистемах и первыми реагируют на изменения климата, некоторые адаптируются и расширяют свой ареал, другие вытесняются более засухоустойчивыми видами сорняков. Это может иметь серьезные последствия для биоразнообразия экосистем.

С мая по август происходят незначительные изменения сезонного развития растительности. В засушливом регионе повышение температуры воздуха до 45° в летние месяцы приводит к снижению влажности почвы и чрезмерному антропогенному прессу, разрушающему растительно-почвенный покров.

После 2010 года площади опустынивания увеличились из-за роста пастбищных нагрузок на фоне уменьшения осадков в весенний период. В 2020 году неблагоприятные условия почвенной засухи, перевыпас и нашествие саранчи спровоцировали угрозу очередной вспышки антропогенного опустынивания на территории КБС. Наблюдали пыльные бури, в результате которых площадь лишенных растительного покрова земель превысила 10 км². Сильные и устойчивые ветры со скоростью 20 м/с привели к образованию эоловых процессов и переносу песчано-пылевых масс. Песок заносил пастбища, вызывая изменения состояния травостоя. В полупустынных ландшафтах происходит трансформация природной среды и изменение отдельных компонентов наземных экосистем, снижается разнообразие местных растительных сообществ. В результате к осени практически не остается естественной растительности на пастбищах, а площадь открытых песков увеличивается вдвое.

Таким образом, специфические причины опустынивания в регионе – эрозия, дефляция, засоление, загрязнение, потепление климата, многократная перегрузка пастбищ и другие.

В полупустынных пастбищных ассоциациях КБС, формирующихся в аридных условиях, преобладают полыни, солянки и другие сорные виды разнотравья. Необходима реализация мер по урегулированию пастбищных нагрузок и проведение фитомелиорации для закрепления песков и подвижных форм рельефа песчаных массивов.

Авторлар туралы

M. Babaeva

Precaspian Institute of Biological Resources of the Daghestan Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: muslimat.50@mail.ru

PhD in Biological Sciences

Ресей, Makhachkala, Republic of Dagestan

S. Osipova

Precaspian Institute of Biological Resources of the Daghestan Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: muslimat.50@mail.ru
Ресей, Makhachkala, Republic of Dagestan

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар