ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РОДІНКА

Олексій Станіславович

УДК 581.52+551.579

ФІТОІНДИКАЦІЯ ПОКАЗНИКІВ ГІДРОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ

ЕКОТОПІВ ДОЛИНИ Р. СУЛИ

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Дніпропетровськ – 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті ботаніки iм. М.Г.Холодного Національної академії наук України (м. Київ).

Науковий керівник | доктор біологічних наук, професор,
ДІДУХ ЯКIВ ПЕТРОВИЧ,
Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України,

завідувач відділу екології фітосистем.

Офiцiйнi опоненти: | доктор біологічних наук, доцент,
ЗВЕРКОВСЬКИЙ ВАСИЛЬ МИКОЛАЙОВИЧ,
Дніпропетровський національний університет, професор кафедри геоботаніки, ґрунтознавства та екології;
кандидат біологічних наук,
МАЛЬЦЕВА ІРИНА АНДРІЇВНА,
Мелітопольський державний педагогічний університет,
доцент кафедри ботаніки

Провідна установа | Донецький національний університет Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться “11” грудня 2002 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук Дніпропетровського національного університету за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ,
вул. Наукова, 13, корп. 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Дніпропетровського національного університету.

Автореферат розіслано “ 8 ” листопада 2002 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук, доцент А.О. Дубіна

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Пізнання закономірностей розподілу рослинних угруповань, а також прогнозування їх змін при зростанні антропогенного впливу неможливе без вивчення екологічних умов існування фітоценозів. Останнім часом для цього широко використовуються методи фітоіндикації, які дозволяють оцінити ступінь екологічної значимості певних факторів (Раменский, 1938; Ellenberg, 1979; Дідух, Плюта, 1994, 2000). Це зумовлює необхідність вдосконалення відповідних методик, порівняння фітоіндикаційної оцінки екологічних чинників з даними інструментальних досліджень.

Водний режим екотопів відноситься до провідних екологічних чинників формуючи режими вологості та аерації ґрунту, впливаючи на едафічні характеристики (Роде, 1965; Родман, 1967; Елиашевич, 1981). Передумови для фітоіндикації показників гідрологічного режиму екотопів створені дослідженнями толерантності видів рослин до чинника заплавності (Бельгард, 1950, 1971; Куркин, Левицкая, 1956; Куркин и др., 1986 та ін.), глибини ґрунтових вод (Марков, 1940, 1950; Ненароков, 1971); типізацією режимів зволоження в оцінці їх рослинністю (Лопатин, 1971); створенням екологічних шкал зволоження та змінності зволоження (Раменский и др., 1956; Цыганов, 1983).

Актуальність наших досліджень диктується: потребами в удосконаленні методик фітоіндикації показників гідрологічного режиму, зокрема заплавності і глибини ґрунтових вод, необхідністю оцінки впливу факторів гідрологічного режиму екотопів на природну рослинність і розподіл рослинних угруповань; важливістю подальшого вивчення екології видів рослин, насамперед цінних у господарчому відношенні та рідкісних; необхідністю моніторингу за станом рослинності долини р. Сули та резервування перспективних для охорони ділянок у регіоні; недостатньою вивченістю природної рослинності долини р. Сули.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота пов’язана із науковою тематикою відділу екології фітосистем Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України (тема 279 “Екологічна оцінка різноманіття флори та рослинних угруповань України”).

Мета та основні завдання наукових досліджень. Метою досліджень було встановлення характеру залежності розподілу рослинних угруповань долини р. Сули та видового складу ценозів від гідро-едафічних характеристик їх місцезростань. Для досягнення мети були поставлені наступні завдання:

– дати геоботанічну характеристику природної рослинності долини
р. Сули, провести созологічні дослідження флори, виявити перспективні для охорони ділянки;

– вивчити розподіл рослинних угруповань, їх флористичний склад, характер ґрунтового покриву та екологічні режими на еколого-ценотичних профілях, репрезентуючих характерні фітоценози;

– встановити екологічні амплітуди угруповань природної рослинності та толерантність окремих видів до факторів гідрорежиму – зволоження та його змінності, тривалості заливання екотопів весняними водами, глибини ґрунтових вод;

– дослідити характер залежності між показниками гідрорежиму та едафічними факторами (сольовим, кислотним та азотним режимами ґрунтів);

– розробити методику фітоіндикації заплавності.

Об’єктом дослідження була природна рослинність долини р. Сули.

Предмет дослідження – гідрологічний режим екотопів.

Наукова новизна одержаних результатів. Встановлено залежність між характеристиками природної рослинності долини р. Сули, показниками водного режиму екотопів та едафічними факторами. Вперше запропоновано методику фітоіндикації чинника заплавності із застосуванням спеціальної екологічної шкали, яка включає 325 видів, виділені стенотопні щодо тривалості заливання види. Досліджено рослинний покрив долини р. Сули та екологічні режими чотирьох гідрологічних заказників. Розраховано амплітуди толерантності до провідних екологічних чинників 15 видів рослин, занесених до “Червоної книги України” (1996).

Теоретична та практичне значення одержаних результатів. На основі результатів досліджень доведено доцільність використання фітоіндикації при вивченні гідрорежиму екотопів, вдосконалено методики оцінки режимів заплавності та глибини ґрунтових вод за характером рослинного покриву. Отримано екологічні амплітуди рослинних угруповань та окремих видів, які дозволяють прогнозувати характер змін рослинності при зміні параметрів гігротопу та едафотопу, здійснювати екологічний моніторинг стану рослинності долини р. Сули. Підготовлено пропозиції щодо розширення площі існуючого у регіоні природно-заповідного фонду за рахунок створення 5 ботанічних заказників місцевого значення.

Особистий внесок здобувача. Виконана робота є самостійним дослідженням здобувача, проведеним упродовж 1993-2000 рр. Дисертант особисто проробив відповідну літературу та оволодів необхідними методами досліджень. Постановку завдання, розробку програми досліджень, обґрунтування теоретичних і методичних положень її реалізації здійснено разом з науковим керівником – д.б.н., проф. Дідухом Я.П. Збір, аналіз і узагальнення експериментального матеріалу, його статистичну обробку, а також складання тексту дисертації виконано здобувачем особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи та її результати доповідались на науково-практичній конференції “Заповідна справа на Сумщині” (травень 1994 року) та на наукових засіданнях Інституту ботаніки НАН України. Деякі матеріали досліджень були представлені на 13-й науковій сесії наукового товариства ім. Т.Г. Шев-ченка (м. Суми, березень 2002 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 8 наукових праць, з яких 5 статей: 3 – у фахових виданнях, 2 – у збірниках наукових праць і 3 тез доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 113 сторінках машинописного тексту, містить 20 таблиць та 22 рисунки і складається зі вступу, 6 розділів та висновків. Список використаної літератури охоплює 232 джерела, з них 19 – іноземними мовами.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

РОЗДІЛ 1

ФІЗИКО-ГЕОГРАФІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДОЛИНИ Р. СУЛИ

Р. Сула – лівобережна притока Дніпра, яка бере початок із західних відрогів Середньоросійської височини і протікає у межах Північної лісостепової області Полтавської рівнини (Физико-географическое районирование Украинской ССР, 1968). Середня річна температура у регіоні становить 6,8о С, кількість річних опадів – 540-580 мм. Коефіцієнт зво-ложення у середньому становить 0,96, середня вологість повітря – 77-78 %.

Р. Сула відноситься до типу середньозаплавних річок (Куксін, 1938). Середня тривалість заливання заплави становить 2-4 тижні. Глибина залягання ґрунтових вод у середньому коливається у межах: на плато – 16-20 м, на схилах долини – 8-10 м, на терасах – 3-9 м, у заплаві – 0,5-2 м.

Для території досліджень характерні автоморфні чорноземнi та сірі лісові ґрунти, приурочені до вододільних плато та лесових терас Сули, а також гідроморфні лучні та болотні ґрунти, які сформувались у зниженнях рельєфу і у заплаві. Різні за ступенем гідроморфності засолені ґрунти (солонцi, солончаки та солоді) зосереджені в основному на півдні регіону і трапляються, як правило, на лесових терасах.

РОЗДІЛ 2

РОСЛИННІСТЬ ДОЛИНИ Р. СУЛИ

Серед угруповань природної рослинності долини р. Сули панівними за зайнятими площами є ліси та болота. Меншу площу займають лучна, степова, водна та галофітна рослинність. Рослинний покрив значною мірою деградований, насамперед надмірним пасовищним навантаженням на кормові угіддя – лучні, лучно-степові та місцями лісові ценози.

Основні лісові площі приурочені до правого корінного берега
р. Сули (формація Querceta roboris), її заплави (формації Alneta glutinosae, Populeta nigrae, Populeta albae, Querceta roboris, Saliceta albae) та борової тераси (формація Pineta sylvestris). Переважаючими за зайнятими площами є дубові ліси, а найбільш поширеними їх асоціаціями – Quercetum coryloso-stellariosum (holosteae), Q. cоryloso-caricosum (pilosae), Tilieto-Quercetum stellariosum (holosteae) та T.-Q. cоryloso-caricosum (pilosae).

Угруповання боліт представлені в основному ценозами лісових (Alneta glutinosae (paludosa) та трав’яних боліт (Cariceta acutae, C. elatae, C. acutiformis, Glycerieta maximae, Typheta latifoliae, T. angustifoliae, Phragmiteta australis та ін.). Чагарникові (Saliceta cinereaе) та трав’яно-мохові (осоково-гіпнові) болота займають незначну площу.

Лучна рослинність представлена материковими та заплавними луками. Переважаючими за площами є останні. Найпоширенішими їх формаціями є Poeta angustifoliae та Festuceta valesiacae (остепнені луки), Festuceta pratensis, Poеta pratensis, Elytrigieta repentis (справжні луки), Glycerieta maximae, Phalaroideta arundinaceaе, Poeta palustris, Сariceta acutae (болотисті луки), Deschampsieta caespitosae, Cariceta nigrae (торф’янисті).

Степові угруповання, які невеликими фрагментами збереглись на крутих схилах правого берега Сули, відносяться до мезотичного варіанту рівнинних лучних степів. Найчастіше трапляються формації Festucetа valesiacae, Poeta angustifoliae, рідше – Bromopsideta inermis, Elytrigieta intermediae, дуже рідко – Stipetа capillatae.

Угруповання галофітів, що представлені галофітними луками, солончаковою та солонцевою рослинністю (Білик, 1963), трапляються головним чином на лесових терасах р. Сули у її нижній течії. Найпоширеніші формації: Salicornieta europaea, Festuceta orientalis, Puccinellieta giganteae, Cariceta dilutae et distantis, Bolboschoeneta maritimi, Junceta gerardii, Eleocharеta uniglumis. Північна межа поширення галофітної рослинності, зафіксована нами, знаходиться поблизу с. Москалівки Сумської області, де у складі заплавних ценозів трапляються Salicornia herbacea, Glaux maritima, Scorsonera parviflora.

РОЗДІЛ 3

ОБ’ЄКТ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

При геоботанічному вивченні рослинності застосовані загальноприйняті польові методики опису ключових ділянок та складання зведених таблиць (Соболев, 1978; Викторов, Ремезова, 1988). З метою характеристики рослинності зроблено понад 450 геоботанічних описів.

Фітоіндикаційні характеристики отримані за методикою Я.П. Дідуха та П.Г. Плюти (1994). Екологічні характеристики розраховано для 350 ділянок. Як базові використані амплітудні екологічні шкали Д.М. Циганова (1983). Зволоження оцінювали за 23-бальною шкалою, створеною Я.П. Дідухом на основі уніфікації даних різних авторів, запаси продуктивної вологи у ґрунті подаємо за розрахунками Г.М. Каркуцієва (1994). Для фітоіндикаційної оцінки умов місцезростань використано також шкали заплавостійкості, алювіальності та змінності зволоження Л.Г. Раменського (Раменский, 1938;

Раменский и др., 1956).

Середню вологість ґрунту вимірювали приладом ВПГ-1 (Грушка и др., 1989). Дослідження режиму ґрунтових вод та тривалості заливання екотопів проведено за спеціальними методиками (Алексеенко, 1973; Бейдеман, Филенко, 1959; Близняк, 1952; Быков, Васильев, 1965). Для орієнтовного виділення ступенів заплавності застосовано також метод екологічних рядів В.В. Альохіна (1926).

Аналіз впливу складових гідрорежиму на едафічні характеристики і рослинний покрив проведено на 11 еколого-ценотичних профілях середньою довжиною 4-6 км, які включали різні геоморфологічні елементи долини і репрезентували характерні рослинні угруповання. Один з профілів для прикладу зображено на рисунку 3.1.

Обробку результатів проведено методами математичної статистики (Лакин, 1990) із застосуванням програмного забезпечення ЕОМ – інтегрованого пакету Works 2.0. Статистичні критерії обчислювали на 5-процентному рівні значимості (P=0.05), який забезпечує 5-процентну довірчу ймовірність.

Рисунок 3.1. Рослинність та екологічні режими еколого-ценотичних профілів:

А – поблизу с. Вільшани; Б – поблизу с. Коровинці

Умовні позначення на рис. 3.1

види: 1 – Quercus robur, 2– Pіnus sylvestrіs, 3– Alnus glutіnosa,4–Рорulus nіgra, 5–Tіlіa cordata, 6– Hylocomіum sp., 7– Fіlіpendula denudata, 8– Phragmіtes australіs, 9 – Alopecurus pratensіs, 10 – A. arundіnaceus, 11– Festuca pratensіs, 12– F. rubra, 13 – Deschampsіa caespіtosa, 14 – Carex acuta, 15 – C. nіgra, 16 – C. vesіcarіa, 17– C. pіlosa, 18 –Agrostіs stolonіfe, 19–Phalaroіdes arundіnacea, 20– Glycerіa maxіma, 21– Elytrііa repens, 22 – Calamagrostіs epіgeіos, 23–Poa pratensіs, 24–Poa palustrіs, 25–P. nemoralіs, 26–Stellarіa holostea, 27– Agrostіs gіgantea, 28–Rubus caesіus, 29–Anthoxanthum odoratum, 30–Brіza medіa, 31– Typha angustіfolіa, 32 –Eleocharіs palustrіs, 33–Beckmannіa erucіformіs, 34–Phragmіtes australіs; 35– водойми;

асоціації: 1a– Pіnetum calamagrostіdosum (epіgeіorіs), 1б – Querceto–Pіnetum poosum (nemoralіs); ІІа–Alnetum (glutіnosae) fіlіpendulosum (denudatae), ІІб– A. phragmіtosum (australіs); ІІІ–Рhragmіtetum (australіs) carіcosum (acutae); ІVа–Carіcetum (acutae) purum, ІVб – C. carіcosum (vesіcarіae), ІVв–C. deschampsі(caespіtosae); V– Carіcetum (nіgrae) deschampsіosum (caespіtosae); VІа–Deschampsіetum (caespіtosae) purum, VІб– D. festucosum (pratensіs), VІв–D. carіcosum (acutae); VПа–Festucetum (pratensіs) poosum (pratensіs); VПб – Festucetum (pratensіs) deschampsіosum (caespіtosae); VІІІ–Populetum (nіgrae) rubosum (caesіі); ІX–Phalaroіdetum (arundіnaceae) carіcosum (acutae); Xа–Elytrіgіetum (repentіs) calamagrostіdosum (epіgeіorіs), Xб– E. agrostіdosum (gіganteae); XІ– Calamagrostіdetum (epіgeіorіs) purum; XП– Poetum (pratensіs) festucosum (pratensіs); XІІІ–Poetum (palustrіs) agrostіdosum (stolonіferae); XІV–Alopecuretum (pratensіs) poosum (palustrіs); XVа–Тіlіeto–Quercetum stellarіosum (holosteae), XVб –Tіlіeto–Quercetum carіcosum (pіlosae), XVІ– Typhetum (angusіfolіae) purum; XVІІ–Glycerіetum (maxіmae) purum, ХVІІб–G. agrostіdosum (stolonіferae); XVІІІ–Eleocharetum (palustrіs) agrostіdosum (stolonіferae); ХІXа –Beckmannіetum (erucіformіs) alopecurosum (arundіnaceі), ХІХб– В. agrostіdosum (stolonіferae); ХХ– Brіzetum (medіae) festucosum (rubrae); ХХІ–Anthoxanthetum (odoratі) brіzіdosum (medіae);

екологічні режими, бали: 36– Hd, зволоження; 37– fH, змінність зволоження; 38– Rc, кислотність ґрунту, 39– Tr, загальний сольовий режим ґрунту; 40– Nt, азотний режим ґрунту; ґрунти: 41–дерново-лучні, 42 – дерново-глейові, 43–торфувато-болотні, 44 – лучно-болотні, 45 – лучні, 46 – дерново-підзолисті, 47 – дернові шаруваті, 48 – сірі лісові, 49 – торф’яно-глейові.

РОЗДІЛ 4

ФІТОІНДИКАЦІЯ ГІДРО-ЕДАФОТОПІВ ДОЛИНИ Р. СУЛИ

4.1. Фітоіндикація показників гідрологічного режиму екотопів

Основною інтегруючою характеристикою водного режиму при фітоіндикації вважається зволоження, яке відображає середній рівень водного забезпечення рослин (Раменский, 1938) і визначає запаси продуктивної вологи у ґрунті (Лопатин, 1971; Каркуцієв, 1994). Специфіку різних за орографічними умовами екотопів відображає так званий локальний коефіцієнт зволоження (Травлеев, 1977).

У долині р. Сули градієнт зволоження становить від 8 балів (лучно-степовий тип зволоження) до 17 балів (мокроболотнолісолучний тип), що характеризує градієнт запасів продуктивної вологи у верхньому метровому шарі ґрунту від 80-90 мм до 360-380 мм. При режимі затоплення (понад 17 балів) ґрунти повністю насичені водою. При постійно надмірному зволоженні (16-17 балів) розвиваються болота, характер рослинності яких у заплаві визначається насамперед ступенем проточності води. Там, де вода не застоюється і постійно приносить часточки алювію, розвиваються переважно болота формації Phragmiteta australis, при дещо гіршій аерації – Typheta latifoliae, T. angustifoliae. При застійному зволоженні формуються гіпново-осокові болота з участю кореневищних осок та мохів (Drepanocladus aduncus, D. sendtneri та ін.).

Для лучних екотопів інтервал зволоження становить: остепнені луки 10,2-11,2 бали (запаси продуктивної вологи у метровому шарі ґрунту 80-120 мм); справжні – 11,2-14,6 (запаси вологи 120-200 мм); болотисті – 14,7-15,8 (запаси вологи 200-300 мм); торф’янисті – 13,0-15,7 балів (запаси вологи 180-310 мм). Важливим фактором диференціації рослинності тут виступає змінність зволоження протягом вегетаційного періоду (Шенников, 1938; Куркин, 1992), безпосередньо впливаючи на аерацію ґрунту (Синицын, 1978). Встановлено, що при зволоженості ґрунту вище 14,0 балів чинники змінності зволоження та аерації досить тісно корелюють. Серед угруповань болотистих лук до найбільш аерованих ґрунтів приурочена формація Phalaroideta arundinaceae (змінність зволоження 6,0-6,3 бали, тобто помірно змінне зволоження), а до найменш аерованих – формація Cariceta vesicariae (змінність зволоження 5,2-5,3 бали, тобто слабко змінне зволоження). Це узгоджується з даними інших дослідників (Сабардина, 1957). Торф’янисті луки, де аерація ґрунту незадовільна (Афанасьєв, 1968), розвиваються в умовах слабко змінного (4,6-5,2 бали) зволоження (таблиця 4.1).

Таблиця 4.1

Толерантність формацій заплавних лук р. Сули до факторів

гідрологічного режиму

Формація | Зволожен-ня, (Hd), бали | Змінність зволоження, (fH), бали | Трива-лість зали-вання, діб | Рівень ґрунто-вих вод, см

Glycerieta maximae | 15,5-16,5 | 5,8-6,2 | 40-50 | 10-30

Cariceta acutae | 14,7-15,8 | 5,3-6,0 | 40-45 | 10-50

Glycerieta fluitantis | 15,4-15,7 | 6,0-6,3 | 40-45 | 25-35

Phalaroideta arundinaceae | 14,8-15,6 | 6,0-6,3 | 35-45 | 35-60

Agrostideta stoloniferae | 14,1-15,8 | 6,1-6,4 | 25-35 | 20-80

Poeta palustris | 14,0-15,5 | 5,8-6,1 | 28-35 | 50-80

Beckmannieta eruciformis | 14,1-15,2 | 6,1-6,3 | 26-35 | 30-50

Cariceta vesicariae | 14,8-15,7 | 5,2-5,3 | 35-50 | 20-40

Cariceta caespitosae | 14,8-15,5 | 5,0-5,2 | 30-35 | 25-40

Cariceta nigrae | 14,2-15,7 | 4,5-5,0 | 28-34 | 20-40

Alopecureta arundinaceі | 13,7-14,9 | 6,2-6,4 | 18-30 | 90-120

Deschampsieta caespitosae | 12,8-14,3 | 4,9-5,4 | 15-28 | 50-130

Festuceta pratensis | 11,8-13,0 | 5,6-6,1 | 12-17 | 100-150

Festuceta orientalis | 11,9-12.9 | 5,6-6,1 | 12-17 | 100-150

Phleeta pratensis | 12,0-12,5 | 5,6-6,1 | 12-17 | 100-150

Poeta pratensis | 11,9-12,9 | 6,0-6,3 | 12-17 | 90-130

Elytrigieta repentis | 11,0-12,4 | 6,0-6,9 | 7-15 | 95-165

Agrostideta tenuis | 11,5-11,8 | 5,4-5,5 | 3-10 | 140-170

Festuceta rubrae | 11,1-12,7 | 5,2-5,6 | 5-7 | 120-170

Calamagrostideta epigeioris | 10,8-11,7 | 6,2-6,4 | 3-7 | 180-230

Festuceta valesiacae | 9,6-10,0 | 6,2-6,3 | 0-3 | 250-300

При вивченні режиму ґрунтових вод встановлено, що у прирусловій підвищеній частині заплави р. Сули ґрунтові води знаходяться на глибині понад 2 м (дернові ґрунти), у зниженнях з дерново-лучними ґрунтами – до 1,5 м; в центральній заплавi рівень ґрунтових вод становить на рівнинних ділянках (лучні ґрунти) 1,0-1,5 м, у різноманітних зниженнях (лучно-болотнi ґрунти) – 30-80 см; у притерасcі (болотні ґрунти) – 30-60 см. Існує певна кореляція між ступенем зволоження та глибиною ґрунтових вод. Так, сухі екотопи (зволоження 10-11 балів) мають рівень ґрунтових вод влітку близько 1,5-2,0 м; свіжі (зволоження 11-12 балів) 1,4-1,5 м; помірно вологі (зволоження 12-13 балів) – 1,2-1,3 м; вологі (зволоження 13-14 балів) – 0,8-1,2 м; сируваті та сирі (зволоження 14-15 балів) – 0,6-0,8 м; мокрі (зволоження 15-16 балів) – 0,3-0,4 м. Це дає можливість орієнтовно оцінювати глибину ґрунтових вод за шкалою зволоження та за розподілом рослинних угруповань (таблиця 4.1).

Охарактеризовано відношення до глибини ґрунтових вод деяких видів рослин. Наприклад, оптимальна глибина ґрунтових вод для Trifolium pratense становить 110-150 см, Festuca pratensis та Agrostis gigantea – 110-120 см. При рівні ґрунтових вод менше 70 см останню змінює Agrostis stolonifera. Виділено декілька груп видів рослин за їх відношенням до глибини ґрунтових вод у заплаві р. Сули: 1) види, виключно пов’язані з гривами (глибина ґрунтових вод понад 2 м): Fragaria viridis, Veronica prostrata, Pimpinella saxifraga; 2) види, які трапляються при глибині ґрунтових вод понад 130 см: Ranunculus polyanthemоs, Eryngium planum, Rumex confertus, Campanula glomerata, Thalictrum minus; 3) види, які в основному пов’язані з гривами і знижують свою участь у травостої при рівні ґрунтових вод менше 100 см: Galium verum, Geranium pratense, Achillea submillefolium; 4) види, що зустрічаються при різному рівні ґрунтових вод: а) рясність виду зростає при підвищенні рівня до глибини 100 см, а при подальшому підйомі ґрунтових вод вона падає: Glechoma hederacea, Inula britannica, Plantago major, Taraxacum officinalе; б) рясність виду зростає при підвищенні рівня до 70 см і падає при подальшому її зниженні: Leontodon autumnalis, Lysimachia nummularia, Ranunculus acris, Potentilla anserina; в) максимальна рясність виду спостерігається при близькому стоянні ґрунтових вод (до 50 см): Mentha arvensis, Teucrium scordium; 5) види, що зустрічаються лише при близькому стоянні ґрунтових вод (менше 100 см): Equisetum fluviatile, Galium palustre, Juncus articulatus, J. compressus, Myosotis palustris, Ranunculus repens, Lythrum salicaria, Caltha palustris, Alisma plantago-aquatica, Oenanthe aquatica; 6) види, рясність яких у травостої визначається в першу чергу вираженістю алювіального процесу, які в той же час позитивно реагують на деяке підвищення рівня ґрунтових вод: Galium articulatum, Allium angulosum, Filipendula denudata, Veronica longifolia; 7) види, які більш-менш індиферентні до глибини ґрунтових вод, хоча і не трапляються при рівні ґрунтових вод менше 50 см: Tanacetum vulgare, Galium mollugo, Heracleum sibiricum, Leucanthemum vulgare.

4.2. Вплив гідрорежиму екотопів на едафічні характеристики

Умови гігротопу не лише безпосередньо впливають на рослинність, а й опосередковано – через умови едафотопу. Нами встановлено наявність досить високої кореляції між показниками зволоження (Hd) та азотним режимом (Nt) (коефіцієнт лінійної кореляції 0,75, його похибка 0,12).

Як видно з рисунка 4.1, із зростанням ступеня зволоження кількість азоту у ґрунті, як правило, збільшується. Проте при досяганні величини Hd певного значення (приблизно 14,0 балів) подальше зростання зволоження не призводить однозначно до збільшення кількості мінерального азоту. Так, болотисті довгозаплавні луки змінного зволоження (Glycerieta maximae, Phalaroideta arundinaceae) характеризуються досить високими показниками азотного режиму (6,1-6,7 балів), а торф’янисті, де зволоження постійне, а аерація ґрунтів низька, низькими (5,3-5,4 бали).

Рисунок . Залежність між зволоженням та азотним режимом ґрунту

? – луки; – ліси; – болота; – степи

Досить високою є також кореляція між змінністю зволоження і вмістом солей у ґрунті (0,85±0,09); змінністю зволоження і кислотністю ґрунтів (коефіцієнт лінійної кореляції 0,78±0,14).

РОЗДІЛ 5

ФІТОІНДИКАЦІЯ ЗАПЛАВНОСТІ У ДОЛИНІ Р. СУЛИ

Специфічним чинником заплавних екотопів є заплавність, яку зви-чайно характеризують тривалістю та глибиною заливання місцезростань весняними водами, а також строками повені і якістю води (Шенников, 1941). Відомо, що види рослин по-різному реагують на тривалість заливання, що дає підставу для виділення кількох ступенів за плавності (Бельгард, 1950, 1971 та ін.). Нами доведено, що збільшення тривалості заливання на 5-7 діб у заплаві Сули призводить до істотних змін у флористичному складі ценозів і підвищення зволоження на 1,0-1,5 бали, що дало змогу виділити 7 ступенів заплавності від особливо короткої (де заливання не щорічне, а зволоження нижче 10 балів) до особливо довгої (тривалість заливання понад 35 діб, зволоження вище 16 балів). Охарактеризувавши рясність у ценозах 325 трав’янистих видів заплави Сули при різній тривалості заливання: з – особини виду трапляються зрідка (проективне вкриття до 2,5 %), ч – часто (проективне вкриття від 2,5 до 8 %) , м – масово (проективне вкриття понад 8 %), ми отримали фітоіндикаційну шкалу (її фрагмент наведено у таблиці 5.1).

Таблиця 5.1

Рясність трав’янистих видів рослин заплави Сули при

різній тривалості заливання екотопів

Назви видів | Характерна тривалість заливання, діб

35-45 | 28-35 | 21-28 | 14-21 | 7-14 | 3-7 | 0-3

Ступінь заплавності | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1

Achillea submillefоlium | з | ч | ч | ч

Acоrus calamus | м | ч | з

Agrоstis gigantea | ч | м | ч

Agrоstis canina | ч | з

Agrоstis stоlоnifera | ч | ч | з

Agrоstis tenuis | з | ч | ч | м | з

Agrоstis vinealis | з | ч | ч

Ajuga genevensis | з | з | з

Для індикації можна використовувати також вузько пристосовані до певної тривалості заливання види (таблиця 5.2).

Таблиця 5.2

Індикатори ступенів заплавності і тривалість заливання їх місцезростань

Заплав-
ність | Зволожен-ня, бали | Види-індикатори | Заливан-ня, дiб

Особливо коротка | 9,2-10,2 | Hieracium pilosella, Sedum acre, Artemisia austriaca, Phleum phleoides | 0-3

Власне коротка | 10,2-11,6 | Plantago lanceolata, Potentilla argentea, Berteroa incana, Ranunculus polyanthemos | 3-7

Помірно коротка | 11,2-12,8 | Silene vulgaris, Achillea submillefolium, Medicago procumbens, Centaurea jacea, Plantago media | 8-14

Власне середня | 12,0-13,6 | Lathyrus pratensis, Peucedanum latifolium, Vicia sepium, Ranunculus acris | 15-21

Продов-жено се-редня | 13,6-14,8 | Juncus compressus, Juncus conglomeratus, Potentilla reptans, Agrostis gigantea, Coronaria flos-cuculi | 22-28

Власне довга | 14,8-16,0 | Carex vulpina, Symphytum officinale, Ranunculus repens, Equisetum palustre, Teucrium scordium, Myosotis palustris | 29-35

Ocoбливо довга | понад 16 балів | Butomus umbellatus, Sagittaria sagittifolia, Rorippa amphibia, Hippuris lanceolata, Ranunculus lingua, Schoenoplectus lacustris, | понад 35

Наприклад, 1 ступінь заплавності характеризується наявністю індикаторів особливо короткої заплавності та високою значимістю домінантів короткозаплавних лук (Agrostis vinealis, Festuca valesiaca) в екотопі, 2 ступінь – відсутністю індикаторів особливо короткої заплавності та явним переважанням короткозаплавних видів у флористичному складі. 3 ступінь індикується високим рівнем значимості деяких короткозаплавних видів (Galium verum, Achillea submillefolium, Centaurea jacea, Dactylis glomerata). В екологічному спектрі переважають індикатори помірної коротко-заплавності з домішкою індикаторів середньої заплавності (Lathyrus pratensis та ін.). 4 ступінь характеризується високим рівнем значимості індикаторів середньої заплавності та домінуванням Festuca pratensis, Phleum pratensе, 5 ступінь – домінуванням індикаторів цього ступеня та появою деяких довгозаплавних видів (Phalaroides arundinacea, Poa palustris). 6 і 7 ступені індикуються схожим чином: домінуванням відповідно помірно довгозаплавних чи особливо довгозаплавних видів у флористичному складі фітоценозів.

Із збільшенням тривалості заливання пропорційно зростає ступінь зволоження та елімінуюча дія фактора заплавності. На ділянках особливо довгої заплавності відмічено до 70 видів трав’янистих рослин, довгої – понад 100, середньої – до 150, короткої – понад 160 видів.

Стійкість дерев та чагарників до фактору заплавності заплаві Сули охарактеризовано у таблиці 5.3, де види розташовані у напрямку зменшення їх стійкості до заливання весняними водами.

Таблиця 5.3

Відношення дерев та чагарників заплави р. Сули до фактору заплавності

Заплавність |

Види

Особливо довга | Salix triandra, S. fragilis, S. rоsmarinifоlia

Довга | Salix pentandra, S. acutifоlia, S. cinerea, Swida sanguinea

Середня | Рорulus nigra, Padus avium, Alnus glutinоsa, Ribes nigrum, Frangula alnus, Acer negundо, Pоpulus alba

Коротка | Populus tremula, Acer tataricum, Ulmus laevis, Viburnum opulus, Quercus robur, Corylus avellana, Fraxinus excelsior, Sambucus nigra, Tilia cordata, Euonymus verrucоsa, E. eurоpaea, Betula pendula, Acer platanоides, Ulmus glabra

РОЗДІЛ 6

РОЛЬ ФІТОІНДИКАЦІЇ У СИСТЕМІ ЕКОЛОГІЧНОГО МОНІТОРИНГУ

Запровадження ефективного моніторингу за станом природних популяцій окремих видів і рослинності в цілому вимагає проведення постійної оцінки умов середовища з достатньою точністю, швидко, з невеликими затратами та з мінімальною шкодою для рослинного покриву, що дозволяють фітоіндикаційні методи. З метою розробки рекомендацій щодо оптимізації охоронного режиму існуючих природно-заповідних територій нами було досліджено рослинний покрив існуючих гідрологічних заказників: Верхньосульського, Недригайлівського, Біловодського та Андрі-яшівсько-Гудимівського. На їх території закладено 4 еколого-ценотичних профiлi (поблизу с. Вільшани, с. Коровинці, с. Москалівки та с. Чеберяки), що є передумовою подальшого моніторингу за змінами екологічних режимів та рослинності цих об’єктів. Проведено фітоіндикаційну оцінку екологічних режимів місцезростань 15 видів, занесених до Червоної книги України (1996) (таблиця 6.), що має сприяти подальшому вивченню екології цих видів та їх охороні.

Таблиця 6.1

Екологічні характеристики місцезростань рідкісних видів басейну р. Сули

Назва виду | Екологічні режими місцезростань

Rc | Tr | Hd | fH | Nt

Stіpa capіllata | 8,2-8,3 | 8,1-8,4 | 8,5-8,6 | 6,7-7,0 | 4,4-4,9

Stіpa pennata | 8,3 | 7,7 | 9,1 | 6,3 | 5,2

Astragalus dasyanthus | 8,7-8,8 | 8,4-9,1 | 8,6-8,9 | 6,6-6,9 | 5,1-5,5

Pulsatіlla nіgrіcans | 8,2-8,6 | 7,3-8,2 | 8,1-10,1 | 6,7-6,9 | 4,8-5,1

Galanthus nіvalіs | 7,2-7,7 | 6,3-6,4 | 11,9-12,5 | 5,1-5,2 | 6,0-6,1

Epіpactіs helleborіne | 7,7-8,0 | 6,3-6,4 | 11,7-13,1 | 4,9-5,3 | 6,2-6,4

Lіstera ovata | 7,4 | 6,8 | 12,9 | 5,6 | 6,2

Neottіa nіdus-avіs | 7,6-7,9 | 6,2-6,4 | 11,5-11,9 | 5,1-5,3 | 6,1-6,2

Lіlіum martagon | 7,9 | 6,6 | 12,4 | 5,3 | 6,4

Platanthera bіfolіa | 7,4 | 6,3 | 12,0 | 5,5 | 6,5

Allіum ursіnum | 7,9 | 6,8 | 12,9 | 5,5 | 6,4

Frіtіllarіa meleagroіdes | 7,6 | 7,0 | 14,0 | 5,6 | 6,7

Orchіs palustrіs | 7,5-7,6 | 7,9-8,4 | 12,4-13,9 | 5,4-6,2 | 5,2-5,4

Dactylorchіza majalіs | 7,3-8,0 | 7,5-8,1 | 13,9-14,9 | 5,6-6,3 | 5,2-5,6

D. fuchsіі | 7,9 | 8,0 | 13,8 | 5,9 | 5,9

Примітка. Види, що характеризуються лише середніми значеннями екологічних режимів, описані лише в одному місці.

ВИСНОВКИ

1. На основі методів фітоіндикації розраховано екологічні амплітуди угруповань природної рослинності долини р. Сули за показниками зволоження, змінності зволоження, глибини ґрунтових вод та заплавності, встановлено толерантність окремих видів до факторів гідрорежиму.

2. У результаті аналізу характеру диференціації рослинності різних типів у залежності від факторів гідрологічного режиму встановлено, що характер болотної рослинності обумовлений насамперед ступенем проточності води, а лучної – інтенсивністю зволоження та ступенем його змінності.

3. Виявлено залежність ступеня зволоження від глибини ґрунтових вод та тривалості заливання екотопів. Виділено групи видів рослин за їх відношенням до глибини ґрунтових вод.

4. Доведено, що видова насиченість місцезростань, наявність та рясність видів у заплаві залежить в першу чергу від тривалості заливання екотопів. Охарактеризовано 7 ступенів заплавності, які різняться ступенем зволоження та мають відмінності у рослинному покриві.

5. Запропоновано методику фiтоiндикацiї чинника заплавності з використанням спеціальної екологiчної шкали або окремих індикаторних видів.

6. Доведено наявність досить високої кореляції між: зволоженням та азотним режимом ґрунту; змінністю зволоження та загальним сольовим режимом ґрунту; змінністю зволоження та кислотністю ґрунту. Відмічено відсутність залежності між зволоженням та загальним сольовим режимом, зволоженням та змінністю зволоження, зволоженням та кислотністю ґрунту.

7. На основі проведених геоботанічних досліджень охарактеризовано поширення та ценотичну приуроченість у долині
р. Сули 15 видів, занесених до Червоної книги України (1996): Stіpa capіllata, Stіpa pennata, Astragalus dasyanthus, Pulsatіlla nіgrіcans, Galanthus nіvalіs, Epіpactіs helleborіne, Lіstera ovata, Neottіa nіdus-avіs, Lіlіum martagon, Platanthera bіfolіa, Allіum ursіnum, Frіtіllarіa meleagroіdes, Orchіs palustrіs, Dactylorchіza majalіs, D. fuchsіі. Для їх місцезростань розраховано показники зволоження, змінності зволоження, азотного та загального сольового режиму, кислотності ґрунту.

8. Описано рослинний покрив існуючих гідрологічних заказників: Верхньосульського, Недригайлівського, Біловодського та Андрі-яшівсько-Гудимівського. На їх території закладено 4 еколого-ценотичних профiлi (поблизу с. Вільшани, с. Коровинці, с. Москалівки та с. Чеберяки), що є передумовою подальшого моніторингу за змінами екологічних режимів та рослинності цих об’єктів. Запропоновано створити 5 ботанічних заказників місцевого значення для охорони флори та рослинності регіону.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Родінка О.С. Фітоіндикація едафотопів долини р. Сули// Укр. ботан. журн.–1995.– Т. 52, №1. – C.49-56.

2. Родінка О.С. Фітоіндикація режиму вологості заплавних лук
р. Сули// Укр. ботан. журн.–1996. –Т. 53, №6. – C.659-666.

3. Родінка А.С. Аналіз гідрологічного режиму природної рослинності долини р. Сули// Питання біоіндикації та екології. – Запоріжжя: ЗДУ, 2001. – Вип. 6.–№1. – С. 24-30.

4. Карпенко К.К., Родінка O.C. До питання охорони залишків степової рослинності на Сумщині// Проблеми охорони і раціонального використання природних ресурсів Сумщини. Збірник наук. праць. – Суми: Сумський держ. пед. інститут. 1992.–С.149-152.

5. Родінка O.C., Карпенко К.К. Про поширення астрагалу шерстистоквіткового (Astragalus dasyanthus Pall.) на Сумщині та проблеми його охорони// Лікарські та рідкісні рослини Сумської області (Ресурси, використання, охорона). – Суми: 1993.– С.54-56.

6. Родінка О.С. До збереження природної рослинності басейну річки Сули// Заповідна справа на Сумщині. Тези доповідей наук. конф. Суми. 1994. – С.61-63.

7. Родінка О.С. Фітоіндикація в системі екологічного моніторингу природної рослинності басейну річки Сули// Заповідна справа на Сумщині. Тези доповідей наук. конф. Суми. 1994. – С.47-48.

8. Карпенко К.К., Закорко Н.Г., Родінка О.С., Харченко В.П. Поширення, екологія та охорона бобівника трилистого (Menyanthes trifoliata L.) на території Буринського району// Заповідна справа на Сумщині. Тези доповідей наук. конференції. Суми. 1994. – С.63-65.

Родінка О.С. Фітоіндикація показників гідрологічного режиму екотопів долини р. Сули. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук зі спеціальності 03.00.16 – екологія.

Дніпропетровський державний університет, Дніпропетровськ, 2002.

За допомогою методу фітоіндикації отримано показники загального сольового режиму, азотного режиму, кислотності, зволоження та змінності зволоження ґрунтів долини р. Сули. Проаналізовано залежність видового складу та формаційної належності рослинних угруповань від зволоження, його змінності, рівня ґрунтових вод та тривалості заливання. Досліджено екологічні амплітуди синтаксонів методом фітоіндикації. Запропоновано методику фітоіндикації заплавності. Виділено сім ступенів заплавності та характерні для них індикаторні види. Встановлено зв’язок гідрологічного режиму з іншими екологічними факторами.

Ключовi слова: Фітоіндикація, гідрологічний режим, зволоження, екологічний фактор, заплавність, ґрунтові води, річкова долина.

Родинка А.С. Фитоиндикация показателей гидрологического режима экотопов долины р. Сулы. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 – экология.

Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск, 2002.

На протяжении 1992-2000 гг. в долине р. Сулы – левобережной притоки Днепра, проводилось изучение зависимости между характеристиками спонтанной растительности (видового состава, распределения сообществ) и гидро-эдафическими факторами (показателями гидрологического режима и богатства почвы). При геоботанических исследованиях использованы общепринятые методики, при гидрологических – специальные. Ключевым при изучении почвенных характеристик был метод фитоиндикации, основывающийся на бальной оценке экологических режимов. На основании более чем 450 геоботанических описаний дана характеристика растительности долины р. Сулы, оценка ее общего состояния, охарактеризовано распространение редких видов. Детальный анализ влияния составляющих гидрологического режима на эдафические характеристики и растительный покров проведен на 11 эколого-ценотических профилях, репрезентирующих типичные растительные сообщества. Профили средней длиной 4-6 км включали разные геоморфологические элементы долины: коренной берег, пойму и надпойменные террасы. В результате исследований проведена оценка влияния водного режима экотопов на растительные сообщества. Доказано, что ведущим фактором распределения растительных сообществ является увлажнение почв, а при избыточной влажности – переменность увлажнения. Характер болотной растительности обусловлен прежде всего степенью проточности воды. Выявлено зависимость степени увлажнения от глубины грунтовых вод та длительности затопления экотопов, что дает возможность ориентировочно оценивать названные характеристики по фитоин-дикационной шкале увлажнения. Выделено группы видов растений по их отношению к глубине грунтовых вод. Установлена связь гидрологического режима с показателями общего солевого режима, азотного режима и кислотности почв. Впервые предложена методика фитоиндикации поемности с использованием специальной экологической шкалы, включающей 325 травянистых видов. Охарактеризовано устойчивость деревьев и кустарников к длительности затопления. Рассчитаны амплитуды толерантности к ведущим экологическим факторам 15 видов растений, занесенных в “Красную книгу Украины” (1996). На основании результатов исследований доказана целесообразность использования фитоиндикации при изучении гидрорежима экотопов. Показана возможность фитоиндикационной оценки глубины грунтовых вод. Получены экологические характеристики растительных сообществ и отдельных видов, позволяющие прогнозировать характер изменений растительности при изменении параметров гигротопа и эдафотопа, осуществлять мониторинг состояния растительности долины
р. Сулы. Подготовлены предложения по расширению площади существующего в регионе природно-заповедного фонда за счет создания 5 ботанических заказников местного значения.

Ключевые слова: Фитоиндикация, гидрологический режим, увлажнение, экологический фактор, поемность, грунтовые воды, речная долина.

A.S. Rodinka Phytoindication of values hydrologic conditions of ecotopes of the Sula river valley. – Manuscript.

The thesis for conferring the scientific degree of the candidate of biological sciences in speciality 03.00.16 – ecology.

Dnepropetrovsk national university of Science of Ukraine. Dnepropetrovsk, 2002.

The indices of common salt contents, nitrogen contents, acidity, soil humidity, variability of damping are obtained by the method of phytoindication using data on the plant cover in the Sula river valley. Dependences between values hydrologic conditions of species and formationing attribute of associations have been analysed. The plant indicator method is applied for studying ecological amplitudes of syntaxa. The method of phytoindication of flooding duration are proposed. The seven stages and distinctive for ones indicative species are singled out. Dependences between hydrologic conditions and ecological factors have been determined.

Key words: phytoindication, hydrologic conditions, humidity, ecological factors, flooding, ground water, river valley.