Оценка антропогенной трансформации степной растительности Тувы методом главных компонент

В настоящее время, в связи с интенсификацией воздействия человека на среду обитания, все большее значение приобретают исследования растительности — важный этап в познании закономерностей современного состояния растительного покрова, которые необходимы для разработки научных основ охраны и рационального использования растительных ресурсов. В наибольшей степени это касается для освоенных в хозяйственном отношении территорий степной и лесостепной зон, а также горных областей. Основной антропогенный фактор в Туве — выпас скота. Имеется большое количество работ относительно трансформации степных растительных сообществ Тувы под действием пастбищной нагрузки [1–11].

Материал и методы исследования

Исследования сухостепных экосистем под различной пастбищной нагрузкой проводились в Убсунурской котловине (южная Тува) в период 1996–2000 гг. и 2008–2016 гг.

Климат Тувы резко континентальный, обусловленный, главным образом, удалением от морей и океанов. Зимой территория находится почти в центре Азиатского антициклона. Среднегодовая температура составляет минус 3,7 °С, средняя температура января — минус 28–35 °С, июля — 15–20°С. Здесь характерны наибольшие амплитуды температур (100– 120°). Распределение осадков по территории и по сезонам неравномерное. Среднегодовые осадки в котловине составляют 150–200 мм. Большая часть осадков (80%) выпадает в июле и августе, преимущественно в виде ливневых дождей. Вегетационный период составляет в среднем 125 дней. Мощность снегового покрова в котловине — 10–20 см [12].

Характерным элементом рельефа в котловине являются останцы, которые постепенно переходят в подгорную равнину, образуя катену различной крутизны и длины. Абсолютные высоты участков — 900–1250 м н. у. м.

Большая часть останцовых катен занята характерными для Убсунурской котловины сухими степями с преобладанием разнотравно–злаковых сообществ, которые в течение длительного времени находятся под влиянием пастбищной нагрузки.

Для изучения растительности использовали общепринятые методики геоботанических описаний степных экосистем проводили на каждой пробной площадке размером 100 м2 ключевого участка [13, 14].

Для характеристики растительного покрова, включающий тип степной растительности, разные стадии ее трансформации необходима обработка фактических данных, которая позволила бы оценить влияние на структуру сообществ, как зональных факторов, так и антропогенных. С этой целью нами был применен один из статистических методов — метод главных компонент, который довольно широко применяется в биологии [15, 16]. Метод главных компонент позволяет представить имеющуюся информацию в более сжатой форме, проанализировать ее и для визуального анализа изобразить графически.

Объектами исследования были фитоценозы сухих степей Убсунурской котловины (южная Тува), признаками — характеристики ценотической структуры.

Целью исследования — изучение влияния интенсивности выпаса на фитоценозы сухих степей Убсунурской котловины в Туве.

Результаты и их обсуждение

В районе исследования господствуют мелкодерновинные степи со злаково– змеевиковыми, злаково–ковыльными, злаково–тонконоговыми сообществами, в которых доминируют Stipa krylovii Roshev., Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng, Koeleria cristata (L.) Pers., Agropyron cristatum (L.) Gaertn, Festuca valesiaca Gaudin, Carex duriuscula C. A. Mey и др. Сухие степи обычно приурочены к каштановым почвам легкого гранулометрического состава.

Легкий выпас приводит к развитию мелкодерновинных сообществ, устойчивых к выпасу. За годы исследований вне зависимости от погодных условий не появилось и не выпало из травостоя ни одного вида. Общие запасы растительного вещества приближаются к 2800 г/м².

При умеренной пастбищной нагрузке на участке происходит смена растительного покрова на разнотравно–крупнодерновинную степь. Общие запасы растительного вещества увеличиваются до 3500 г/м². Мертвое надземное растительное вещество превышает фитомассу в 1,5–2 раза. Подземное растительное вещество также значительно, где доля живых корней превышает мертвые в 1,5 раза.

При сильной нагрузке неизменно высокая пастбищная нагрузка и не меняющийся режим выпаса приводят к постоянству определенного состава травостоя и резкому снижению всех компонентов растительного вещества.

При перевыпасе степная растительность представлена лапчатково–полынной ассоциацией, с низкими общими запасами растительного вещества (Рисунок 1). В подземной сфере преобладает мертвая неразложившаяся фракция. При пастбищной дигрессии происходит упрощение структуры фитоценозов и обеднение их видового состава.

Методом главных компонент полученные данные по встречаемости и обилию видов в сообществе были организованы в матрицу с объектами в виде строк и переменными, описывающими их, в том числе видами растений в качестве столбцов. Организованные таким образом исходные данные были подвергнуты анализу дискриминантных функций с помощью соответствующего модуля пакета Statistica 8.0.

Расположение изученных растительных сообществ сухостепных экосистем под различной пастбищной нагрузкой представлено на Рисунке 2. В плоскости первых двух канонических переменных: все изученные сообщества сухостепных экосистем четко разделяются друг от друга в зависимости от интенсивности выпаса. Долевое участие доминантных видов в сложении растительных сообществ является показателем антропогенной трансформации растительности. При усилении нагрузки доминантами становятся типичные пастбищные виды Artemisia frigida Willd., Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng, Carex duriuscula C.A. Mey., Potentilla acaulis (L.). При снижении нагрузки происходит увеличение доли дерновинных злаков и выпадение Potentilla acaulis и Artemisia frigida из числа доминантов.

Рисунок 1. Участок сухой степи при перевыпасе

-2

-4

-6

-8

-10

-20

-15

-10

-5

10        15

Каноническая переменная 1 (49% общей дисперсии)

о

□

о

Рисунок. 2. Влияние интенсивности выпаса на фитоценозы сухих степей Тувы: 0 — легкий выпас, 1 — умеренный выпас, 3 — сильный выпас, 4 — перевыпас

Заключение

Влияние антропогенной нагрузки, в частности выпаса, на сухостепные экосистемы Убсунурской котловины в Туве, приводят к разным результатам. В результате бессистемного выпаса выявлено, что степные фитоценозы претерпевают значительные изменения в сторону упрощения структуры и обеднения видового состава сообществ. Увеличивается роль дигрессионноустойчивых видов разнотравья. При длительном использовании почва уплотняется и иссушается, происходит дальнейшая деградация степной растительности и опустынивание территории. Изучение закономерностей антропогенной трансформации степной растительности дает возможность определить период пастбищного использования степей, которые послужат основой для разработки методов регулирования пастбищной нагрузки и мероприятий по восстановлению сбитых пастбищ.

Исследования выполнены при поддержке РФФИ №18-44-17001–«р_а»