ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ЄВТУШЕНКО ЕДУАРД ОЛЕКСІЙОВИЧ
УДК: 574.4 + 581.524 (477.6)
Екологічні особливості антропно трансформованих рослинних угруповань
(на прикладі Криворізького залізорудного басейну)
03.00.16 – екологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Дніпропетровськ – 2007
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у Криворізькому державному педагогічному університеті
Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: | Кандидат біологічних наук, професор Шанда Володимир Іванович, Криворізький державний педагогічний університет, кафедра ботаніки та екології, професор
Офіційні опоненти: | доктор біологічних наук, професор
Білова Наталія Анатоліївна,
Академія митної служби України,
кафедра товарознавства та митної експертизи,
начальник
кандидат біологічних наук
Безроднова Ольга Володимирівна,
Харківський національний університет ім. В.Н.Каразіна, кафедра ботаніки, старший викладач
Провідна установа: | Таврійський національний університет
ім. В.І.Вернадського,
Міністерства освіти і науки, м. Симферополь
Захист відбудеться “13” червня 2007 року о 14:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук у Дніпропетровському національному університеті за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова, 13, корпус 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України
Автореферат розісланий “12“ травня 2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук, доцент А.О. Дубина
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Середовище перетворююча діяльність людини, обумовлена розвитком сільського господарства, різних промислових виробництв, особливо галузей чорної металургії, урбанізацією, промисловим, цивільним, дорожнім будівництвом, визначила сучасний стан рослинного покриву степу. На сьогодні в ньому домінують угруповання, створені щорічно чи періодично людиною, по-різному регульовані і контрольовані. Природна рослинність займає незначні площі, які мають фрагментарний характер та перебувають у трансформованому вигляді на незручних для використання землях і територіях різного рівня заповідності.
Теоретичні основи досліджень, вивчення та оптимізації антропно трансформованої, регульованої та культивованої рослинності викладені в працях М.С. Камишева (1939, 1971), О.Л. Бельгарда (1950, 1971), М.А.Голубця (1987), Ю.Р. Шеляг-Сосонка (1988), А.П. Травлєєва (1989), В.А.Соломахи (1989, 1990, 1992), Р.І.Бурди (1991), А.В.Івашова (1991), Н.А.Білової, А.П. Травлєєва (1992), Я.П. Дідуха (1998), Ю.А. Злобіна (1998), Л.П. Мицика (1998), І.Г. Ємельянова (1999). Висвітлення ж та деталізація екологічних особливостей рослинних угруповань різного ступеня антропного перетворення потребує в наш час глибшого, ґрунтовнішого таксономічного та екоморфічного аналізу. Актуальним залишається поглиблення та розширення уявлень про таку рослинність з позицій типології О.Л.Бельгарда.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі ботаніки та екології Криворізького державного педагогічного університету за тематикою комплексних досліджень “Антропогенні рослинні угруповання Криворіжжя” та “Екологічні основи оптимізації та охорони рослинного покриву Криворіжжя” (Пр. №4 засідання Вченої ради КДПУ від 7.12.01), які координуються Науковою радою з проблем ботаніки та мікології НАН України, Інститутом ботаніки НАН України, Придніпровським відділенням фундаментальної екології Української екологічної академії наук, керівництвом Комплексної біогеоценологічної експедиції Дніпропетровського національного університету.
Мета й задачі дослідження. Мета роботи – виявлення екологічних особливостей антропно трансформованих, регульованих і культивованих рослинних угруповань Криворізького залізорудного басейну. Для її досягнення були поставлені і вирішені наступні конкретні завдання:
- дослідити екологічні особливості та порівняти антропно трансформовані, регульовані та культивовані рослинні угруповання Кривбасу на основі їхніх таксономічних, екоморфічних, ареалогічних характеристик, способів поширення видів, показників таксономічних фондів екоморф, екоморфічної ємкості таксонів, подібності за П.Жаккаром;
- побудувати еколого-типологічну схему антропно регульованих і культивованих рослинних угруповань Кривбасу за принципами системи О.Л. Бельгарда;
- встановити зміни таксономічного та екоморфічного складу культивованих рослинних угруповань Кривбасу та їх грунтових банків насіння, які обумовлені природними та антропними чинниками;
- порівняти вегетуючий та латентний склад культивованих фітоценозів Кривбасу за таксономічними, екоморфічними характеристиками, способами поширення видів, запасів насіння в ґрунті.
Об’єкти дослідження – антропно трансформовані (фітоценози балок та курганів), антропно регульовані (культурфітоценози) та культивовані (агрофітоценози) рослинні угруповання Кривбасу.
Предмет дослідження – екологічні особливості антропно трансформованих, регульованих і культивованих рослинних угруповань регіону дослідження.
Методи дослідження – польовий геоботанічний маршрутний; таксономічний та екоморфічний аналіз структурної організованості рослинних угруповань; статистичні методи.
Наукова новизна одержаних результатів. Уперше для Криворізького залізорудного басейну розроблено еколого-типологічні схеми антропно регульованих і культивованих фітоценозів за системою О.Л.Бельгарда; на основі достатньо широких польових досліджень проаналізовано таксономічні та екоморфічні спектри антропно трансформованих, регульованих і культивованих рослинних угруповань Кривбасу; уперше виявлено екоморфічну ємкість основних таксонів та таксономічні фонди екоморф досліджених фітоценозів Кривбасу; уперше визначена подібність їхніх екоморфічних складів за П. Жаккаром; проведено порівняльний аналіз таксономічного та екоморфічного складу вегетуючого та латентного комплексів культивованих рослинних угруповань Кривбасу; встановлено їхні екологічні особливості та зміни, обумовлені природними та антропними чинниками; уперше проведено порівняльний аналіз рудеральності флористичного складу досліджених угруповань і флори України.
Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень деталізують таксономічний, екоморфічний склад рослинних угруповань різного ступеня антропної трансформації та дозволяють виявити аспекти їхньої подібності та відмінності, діагностувати ступінь антропних перетворень за показником рудеральності. Визначена екологічна обумовленість структури антропно регульованих і культивованих фітоценозів Кривбасу є необхідною передумовою розробки програми оптимізації рослинного покриву степової зони України, яка передбачатиме виведення з користування земель із змитими ґрунтами, схилів і берегів водойм і річок, розширення площ чагарниково-деревних насаджень та багаторічних трав’яних посівів. Установлені банки насіння ґрунту культивованих фітоценозів дозволяють діагностувати та прогнозувати їхній майбутній вегетуючий комплекс, що є важливим аспектом бонітування ґрунтів та кадастрової оцінки земель. Результати дослідження рекомендовані до впровадження в практику роботи міського екологічного відділу та земельних відділів райвиконкомів. Матеріали досліджень використовуються при викладанні курсів “Загальна екологія”, “Ботаніка”, “Географія рослин”, “Агрофітоценологія” на кафедрі ботаніки та екології Криворізького державного педагогічного університету.
Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним дослідженням здобувача. Усі польові та експериментальні дані, відбір проб, аналіз, узагальнення та інтерпретація отриманих результатів здійснені особисто автором. Із п’яти робіт, опублікованих у фахових виданнях, що затверджені ВАК України, одна робота автора дисертації опублікована у співавторстві. У роботі “Теоретичні аспекти культурфітоценології та агрофітоценології” (Екологія та ноосферологія. – 2006. – Т.17, № 1-2. – С.17-23; співавтор – В.І. Шанда) Е.О. Євтушенко зробив літературний пошук і брав участь у написанні і оформленні статті; загальний внесок – 40%.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на Всеукраїнській науковій конференції “Охорона довкілля: екологічні, освітянські, медичні аспекти” (Кривий Ріг, 1997), ІІІ Міжнародній науковій конференції “Проблеми фундаментальної та прикладної екології” (Кривий Ріг, 2001), І Міжнародній науковій конференції “Проблеми екології та екологічної освіти” (Кривий Ріг, 2002), ІІ Міжнародній науковій конференції “Проблеми екології та екологічної освіти” (Кривий Ріг, 2003), ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми екології та екологічної освіти” (Кривий Ріг, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції “Україна наукова, 2003” (Дніпропетровськ - Івано-Франківськ, 2003), ІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Динаміка наукових досліджень, 2003” (Дніпропетровськ-Черкаси-Одеса), І Міжнародній науково-практичній конференції “Социально-экологические и экономические проблемы развития регионов рекреационной специализации” (Сочи, 2004), І Міжнародній науково-практичній конференції “Науковий потенціал світу, 2004” (Дніпропетровськ, 2004), VІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта, 2004” (Дніпропетровськ, 2004), ІІ Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми фундаментальної і прикладної екології, екологічної геології та раціонального природокористування” (Кривий Ріг, 2005), на щорічних підсумкових наукових конференціях кафедри ботаніки та екології Криворізького державного педагогічного університету.
Публікації. Результати дисертації опубліковано у 22 наукових працях, 5 із яких – статті у фахових виданнях, затверджених ВАК України.
Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, практичних рекомендацій, списку використаної літератури (387 джерел, із яких 37 іноземною мовою), 5 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 487 сторінок, із них основного тексту – 165 сторінок. Робота містить 57 таблиць, 17 рисунків.
Основний зміст роботи
Культурфітоценози в рослинному покриві степової зони
Системне розуміння рослинності, яка створюється, регулюється, культивується людиною, складає суть культурфітоценології (і агрофітоценології як її особливої складової), розвивається та поглиблюється з позицій загальної фітоценології (Короткий, 1912; Сукачёв, 1928, Бяллович, 1936, 1939; Камышев, 1939). Становлення культурфітоценології значною мірою обумовлене ідеями, традиціями, програмами штучного лісорозведення, особливо в степовій зоні (Бельгард, 1971; Бельгард, Марков, 1987), досліджується та осмислюється з позицій: відмови від догматизму (Миркин, 1980, 1985); формування історичних передумов (Туганаев, 1984); визначення теоретичних і прикладних проблем (Камышев, 1971; Миркин, Муст, 1985; Шанда, 1993); класифікації та ординації агрофітоценозів (Миркин, Ханов, 1970; Туганаев, 1980; Шеляг-Сосонко, 1988; Дідух, Соломаха, 1991); пізнання взаємозв’язків організмів (Чернобривенко, 1956; Гродзинский, 1965); дослідження динаміки і еволюції агрофітоценозів (Туганаев, 1976, 1984); популяційного підходу (М.Вит. Марков, 1988; Агаев, 1988); біогеоценологічного контексту (Камышев, 1967; Гродзинский, 1979; Шанда, 1979); екологічного моніторингу (Бурда, 2003).
Екологія рослинних угруповань є багатофакторно зонально обумовленою на фоні визначаючої, регулюючої та контролюючої діяльності людини і є об’єктом різноспрямованих досліджень, серед яких сутнісно важливими є роботи Ю.П.Бялловича (1936, 1939), М.С.Камишева (1939, 1971), О.Л.Бельгарда (1953, 1960, 1971), М.О.Альбицької (1953), Р.Г.Мінібаєва (1961), С.І.Чернобривенка, В.І.Шанди (1970), М.В.Маркова (1972), Г.О.Часовєнної (1975), Б.М.Міркіна (1980), В.В.Тарасова (1981), В.В.Туганаєва (1982), В.А.Соломахи (1988), Ю.Р.Шеляг-Сосонка (1988), А.П.Травлеєва (1989), Р.І.Бурди (1991), О.В.Безроднової (1998), І.М.Григори, В.А.Соломахи (2000).
Поглиблення теорії культурфітоценології на основі ґрунтовного еколого-таксономічного аналізу рослинних угруповань є однією з основ оптимізації рослинного покриву степової зони України.
УМОВИ, ОБ’ЄКТИ, МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Проаналізовано фізико-географічні та природно-господарські умови Кривбасу, його положення за геоботанічним районуванням. Розглянуто особливості природного рослинного покриву степової зони.
Дослідження проводилися протягом 1997-2006 рр. Об’єкти дослідження – антропно трансформовані, регульовані і культивовані фітоценози північного (Кіровоградська обл.), західного (Дніпропетровська обл.) і південного Кривбасу (Дніпропетровська і Херсонська обл.). Дослідження антропно трансформованих рослинних угруповань здійснювалися на пробних площах, закладених на різних елементах рельєфу балок і курганів, антропно регульованих – у межах полезахисних лісосмуг різної конструкції і орієнтації в просторі на території західного і північного Кривбасу, культивованих – в агрофітоценозах за участю 18 культурних рослин південного, західного і північного Кривбасу. Всього закладено 57 пробних площ. Під час маршрутних досліджень з’ясовували трапляння бур’янових видів у культивованих фітоценозах. Вибір місцерозташування і кількості пробних площ, обумовлений варіабельністю умов середовища та завданнями досліджень. Екотопи курганів не зазнають прямого антропного впливу, тому їхня рослинність одночасно з рослинністю балок віднесена нами до антропно трансформованої та обрана в якості об’єкту дослідження.
Таксономічний склад рослинних угруповань встановлювали за загальноприйнятими методиками геоботанічних досліджень (Корчагин, 1964; Камышев, 1969, 1970; Марков, 1971; Алёхин, 1986), таксономічну структуру вивчали за О.І. Толмачовим (1974), відбір зразків для визначення запасів насіння в ґрунті здійснювали за М.С.Камишевим (1970) з урахуванням методичних рекомендацій О.В.Фісюнова, Н.Є. Воробйова, Л.О.Матюхи (1974) буром НДІСГ Південного Сходу зразка 1964 р., назви видів подавали за S.L. Mosyakin, M.M. Fedoronchuk (1999). У культивованих рослинних угрупованнях вивчали грунти (Практикум по методике составления..., 1983; Полевой определитель почв, 1981).
Екоморфічний аналіз й екологічну паспортизацію видів вищих рослин проведено за О.Л.Бельгардом (1950), В.В.Протопоповою (1973, 1991), В.В.Тарасовим (1981, 2005). Ареали, способи поширення, ступінь натуралізації рослин подані за Р.Є.Левіною (1957), В.В.Протопоповою (1973, 1991), А.Л.Тахтаджяном (1978), Р.І.Бурдою (1991) та виданням Флора УРСР (1936-1965). Подібність складу рослинних угруповань встановлювали за формулою П.Жаккара, побудову дендритів подібності, порівняння систематичних структур флор здійснювали з використанням коефіцієнту рангової кореляції Браве-Пірсона за В.М.Шмідтом (1984).
Аналіз, інтерпретацію експериментального матеріалу та обґрунтування висновків проводили на основі статистичних методів (Василевич, 1969; Лакин, 1990) на IBM PC на базі CPU INTEL CELERON – 500 за допомогою комп’ютерної програми “Microsoft Exsel 98”.
Екологічні Особливості антропно трансформованих рослинних угруповань криворізького залізорудного басейну
Наведений деталізований опис антропно трансформованих, регульованих і культивованих рослинних угруповань виявив їхню специфічність, визначену: різним видовим та екоморфічним складом на контрастних за експозицією схилах, варіацією чисельності екоморф, різними показниками однорідності та подібності фітоценозів степових могил; повночленністю екоморфічних спектрів фітоценозів балок; різною кількістю рудерантів, домінуванням родини Asteraceae у фітоценозах степових могил, балок, лісосмуг, орних земель (Рис.1, табл.1).
Рис. 1. Порівняльні таксономічні спектри складу рослинних угруповань: І – курганів; ІІ – балок; ІІІ – лісосмуг; IV – орних земель
Таблиця 1
Узагальнена характеристика рослинності антропно трансформованих, регульованих і культивованих рослинних угруповань
№ | Середні показники | Рослинні угруповання | Антропно трансформовані | Антропно регульовані | Культиво-
вані | Курганів | Балок | 1 |
Кількість Родин 15,29±1,06 | 12,29±2,03 | 10,83±0,64 | 11,89±0,97 | Видів | 33,57±3,68 | 24,43±5,73 | 20,5±1,43 | 23,95±3,37 | 2 | Видова ємкість родин | 2,17±0,14 | 1,86±0,15 | 1,91±0,12 | 1,88±0,13 | 3 | Кількість рудерантів | 17,29±2,60 | 10,00±2,92 | 11,83±2,18 | 19,58±2,53 | 4 | Індекс рудеральності угруповань, %
(частка участі рудерантів) | 51,34±4,41 | 41,75±6,22 | 56,4±6,33 | 84,44±2,71
Визначення подібності таксономічного та екоморфічного складів рослинних угруповань різного ступеня антропної трансформації виявило, що центром дендрита подібності видового складу, який відображає корелятивні зв'язки, є фітоценози курганів, які найбільш подібні з рослинними угрупованнями балок.
Установлено, що найвищий, за коефіцієнтом П.Жаккара, рівень подібності між антропно регульованими й культивованими та антропно трансформованими (фітоценози балок і курганів) рослинними угрупованнями має родина Asteraceae, найнижчий – Poaceae. Найвищі показники подібності екоморф зафіксовано серед степантів, хамефітів, мезоксерофітів (фітоценози курганів і балок) (Рис.2).
Виявлено, що найбільша частка участі степантів спостерігається у фітоценозах курганів і балок, що визначає їх як резервати зональної степової рослинності; терофітів у культивованих фітоценозах, гемікриптофітів у фітоценозах балок; ксерофітів у рослинних угрупованнях курганів (Рис. 3).
Рис.2. Подібність екоморфічного складу рослинних угруповань курганів (К), балок (Б), лісосмуг (Л), орних земель (А) за П.Жаккаром
Рис.3. Екоморфічний склад рослинних угруповань курганів (І), балок (ІІ), лісосмуг (ІІІ), орних земель (ІV)
Порівняльний аналіз таксономічного об’єму екоморф та екоморфічної ємкості основних таксонів рослинних угруповань виявив, що антропно трансформовані, регульовані та культивовані рослинні угруповання мають різні значення екоморфічної ємкості домінуючих за чисельністю видів родин і таксономічних фондів основних екоморф (Табл. 2, табл. 3).
Таблиця 2
Порівняльні спектри таксономічного фонду рудерантів та рудерантної ємкості таксонів (родин)
№ | Родини | З.к.в. | Рослинні угруповання | Антропно трансформовані | Антропно регульовані | Культивовані | Курганів | Балок
1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4
1 | Asteraceae | 38 | 22 | 14 | 63,64 | 30,44 | 24 | 17 | 70,83 | 47,22 | 16 | 13 | 81,25 | 39,39 | 30 | 20 | 66,67 | 31,25
2 | Poaceae | 16 | 7 | 2 | 28,58 | 4,35 | 5 | - | - | - | 8 | 5 | 62,50 | 15,15 | 7 | 5 | 71,43 | 7,81
3 | Brassicaceae | 14 | 8 | 6 | 75,00 | 13,04 | - | - | - | - | 3 | 3 | 100,00 | 9,09 | 8 | 8 | 100,00 | 12,50
4 | Fabaceae | 13 | 9 | 3 | 33,33 | 6,52 | 5 | 2 | 40,00 | 5,56 | 5 | 3 | 60,00 | 9,09 | 9 | 4 | 44,44 | 6,25
5 | Lamiaceae | 11 | 9 | 5 | 55,56 | 10,87 | 7 | 4 | 57,14 | 11,11 | 2 | 1 | 50,00 | 3,03 | 4 | 4 | 100,00 | 6,25
6 | Rosaceae | 10 | 7 | 1 | 14,29 | 2,17 | 9 | 1 | 11,11 | 2,78 | 2 | - | - | - | 1 | 1 | 100,00 | 1,56
7-43 | Інші родини | 65 | 33 | 15 | 55,56 | 32,61 | 37 | 12 | 57,14 | 33,33 | 17 | 8 | 50,00 | 24,25 | 31 | 22 | 100,00 | 34,37
Загалом | 167 | 95 | 46 | 100,00 | 87 | 36 | 100,00 | 53 | 33 | 100,00 | 90 | 64 | 100,00
Примітка: з.к.в.–загальна кількість видів; 1–кількість видів в рослинному угрупованні; 2–кількість видів-рудерантів; 3–рудерантна ємкість родин (частка участі (%) рудерантів у складі родини); 4–таксономічний фонд рудерантів (частка участі (%) рудерантів родини у складі рудерантів фітоценозу)
Таблиця 3
Порівняльні спектри таксономічного фонду ксерофітів та ксерофітної ємкості таксонів (родин)
№ | Родини | З.к.
в. | Рослинні угруповання
Антропно трансформовані | Антропно
регульовані | Культивовані
Курганів | Балок
1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4
1 | Asteraceae | 38 | 22 | 4 | 18,18 | 21,05 | 24 | 3 | 12,50 | 20,00 | 16 | 2 | 12,50 | 28,57 | 30 | 4 | 13,33 | 57,14
2 | Poaceae | 16 | 7 | 2 | 28,57 | 10,53 | 5 | 1 | 20,00 | 6,67 | 8 | 1 | 12,50 | 14,29 | 7 | - | - | -
3 | Brassicaceae | 14 | 8 | 4 | 50,00 | 21,05 | - | - | - | - | 3 | 1 | 33,33 | 14,29 | 8 | - | - | -
4 | Fabaceae | 13 | 9 | 2 | 22,22 | 10,53 | 5 | 1 | 20,00 | 6,67 | 5 | 1 | 20,00 | 14,29 | 9 | - | - | -
5 | Lamiaceae | 11 | 9 | 2 | 22,22 | 10,53 | 7 | 3 | 42,86 | 20,00 | 2 | 1 | 50,00 | 14,29 | 4 | - | - | -
6 | Rosaceae | 10 | 7 | - | - | - | 9 | 1 | 11,11 | 6,67 | 2 | - | - | - | 1 | - | - | -
7-43 | Інші родини | 65 | 33 | 5 | 26,31 | 37 | 6 | 39,99 | 17 | 1 | 14,27 | 31 | 3 | 42,86
Загалом | 167 | 95 | 19 | 100,00 | 87 | 15 | 100,00 | 53 | 7 | 100,00 | 90 | 7 | 100,00
Примітка: з.к.в.–загальна кількість видів; 1–кількість видів в рослинному угрупованні; 2–кількість видів-ксерофітів; 3–ксерофітна ємкість родин (частка участі (%) ксерофітів у складі родини); 4–таксономічний фонд ксерофітів (частка участі (%) ксерофітів родини у складі ксерофітів фітоценозу)
У складі антропно регульованих і культивованих фітоценозів рудерантна ємкість домінуючих за кількістю видів родин найвища. Таксономічний фонд рудерантів родин Asteraceae, Brassicaceae, Lamiaceae, Rosaceae найвищий у складі антропно трансформованих рослинних угруповань.
У цілому домінуючі за загальною кількістю видів родини Asteraceae і Poaceae не є найбільш екоморфічно ємкими таксонами в переважній більшості еколого-таксономічних спектрів, але займають значну частину таксономічного об’єму екоморф у порівнюваних рослинних угрупованнях.
Визначені в процесі дослідження показники ємкості насіннєвого банку та змитості ґрунтів доповнюють типологічні формули (Бельгард, 1971) антропно регульованих і культивованих фітоценозів і представляють їх у такому вигляді: білоакацієвий культурфітоценоз на плакорі: (ЗЧ П Т0-1 Є1)/(н/осв Пр-38)•10Аб(MsKs, MgTr), де ЗЧ – чорнозем звичайний лісопокращений; П – плакор; Т0-1 – незмите сухувате місцезростання; Є1 – кількість насіння в ґрунті від 100 до 300 млн шт./га; н/осв – напівосвітлена світлова структура; Пр – продувна конструкція лісосмуги; 38 – вік; 10Аб – біла акація; MsKs, MgTr – мезоксерофітно-мегатрофна трав’яниста рослинність.
Розроблені на основі принципів типології штучних лісів О.Л.Бельгарда (1971) типолого-екологічні схеми, доповнені критеріями рельєфних відмінностей, змитості грунтів і ємкостей їхніх насіннєвих банків відображають екологічну неоднорідність умов місцевиростання, обумовлену диференціюванням температурного режиму, режимів освітлення, зволоження, що виникла внаслідок розміщення антропно регульованих фітоценозів на елементах рельєфу різної експозиції (Табл.4).
Порівняльний аналіз рудеральності флористичного складу досліджених рослинних угруповань та флори України виявив (Табл. 5) зміни: видової ємкості родин (збільшення та зменшення частки видів у складі флор); рудерального фонду родин (частка бур’янів у складі родин найвища у складі угруповань рослин Кривбасу); рудерального фонду флор (частка бур’янів у фітоценозах Кривбасу становить 55,67% проти 9,33 у флорі України).
Таблиця 4
Типолого-орографічна схема екотопів антропно регульованих фітоценозів
Рельєф, рівні еродованості (Т0 незмиті ґрунти, Т1–слабозмиті, Т2–середньо змиті, Т3-сильно змиті | Гігротопи
Сухий,
0-1 | Сухуватий
1 | Свіжуватий
1-2 | Свіжий
2 | Вологий
3
Чорнозем звичайний | Лучно-чорноземний грунт
Плато (П)ПТ0 | ПТ0, 0-1 | ПТ0, 1 | ПТ0, 1-2 | ПТ0, 2 | ПТ0, 3
Схили (С)
експозиція: північ (Пн.), південь (Пд.), схід (Сх.), захід (Зх.) | СТ1 | СТ1, 0-1 Пн | СТ1, 1 Пн. | СТ1, 1-2Пн. | СТ1, 2Пн. | СТ1, 3 Пн.
СТ1, 0-1 ПдСТ1, 1 ПдСТ1, 1-2ПдСТ1, 2ПдСТ1, 3 Пд
СТ1, 0-1 СхСТ1, 1 СхСТ1, 1-2СхСТ1, 2СхСТ1, 3 Сх
СТ1, 0-1 ЗхСТ1, 1 ЗхСТ1, 1-2ЗхСТ1, 2ЗхСТ1, 3 Зх
СТ2 | СТ2, 0-1 Пн | СТ2, 1 Пн. | СТ2, 1-2Пн. | СТ2, 2Пн. | СТ2, 3 Пн.
СТ2, 0-1 ПдСТ2, 1 ПдСТ2, 1-2ПдСТ2Пд | СТ2, 3 Пд
СТ2, 0-1 Сх | СТ2, 1 СхСТ2, 1-2СхСТ2, 2СхСТ2, 3 Сх
СТ2, 0-1 ЗхСТ2, 1 ЗхСТ2, 1-2ЗхСТ2, 2ЗхСТ2, 3Зх
СТ3 | СТ3, 0-1 Пн | СТ3, 1 Пн. | СТ3, 1-2Пн. | СТ3, 2Пн. | СТ3, 3 Пн.
СТ3, 0-1 ПдСТ3, 1 Пд | СТ3, 1-2ПдСТ3, 2ПдСТ3, 3 Пд
СТ3, 0-1 СхСТ3, 1 СхСТ3, 1-2СхСТ3, 2СхСТ3, 3 Сх
СТ3, 0-1ЗхСТ3, 1 ЗхСТ3, 1-2ЗхСТ3, 2ЗхСТ3, 3Зх
Таблиця 5
Порівняльна характеристика досліджених фітоценозів і флори України
(1-кількість видів, 2-кількість бур’янів, 3-частка бур’янів у складі родини (%), 4-частка бур’янів родини у складі флори (%), 5-частка видів родини у складі флори (%))
№ | Родини | Флора УкраїниДосліджені рослинні угруповання Кривбасу | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5
1 | Asteraceae | 696 | 89 | 12,79 | 1,88 | 14,70 | 45 | 30 | 66,67 | 14,78 | 22,17
2 | Poaceae | 332 | 45 | 13,55 | 0,95 | 7,01 | 18 | 9 | 50,00 | 4,43 | 8,87
3 | Fabaceae | 330 | 11 | 3,33 | 0,23 | 6,97 | 17 | 5 | 29,41 | 2,46 | 8,37
4 | Rosaceae | 289 | 4 | 1,38 | 0,08 | 6,10 | 11 | 1 | 9,09 | 0,49 | 5,42
5 | Brassicaceae | 229 | 48 | 20,96 | 1,01 | 4,84 | 18 | 17 | 94,44 | 8,37 | 8,87
6 | Caryophyllaceae | 210 | 23 | 10,95 | 0,49 | 4,43 | 6 | 3 | 50,00 | 1,48 | 2,96
7 | Scrophulariaceae | 171 | 17 | 9,94 | 0,36 | 3,61 | 5 | 2 | 40,00 | 0,99 | 2,46
8 | Lamiaceae | 170 | 24 | 14,12 | 0,51 | 3,59 | 11 | 6 | 54,55 | 2,96 | 5,42
9 | Apiaceae | 156 | 22 | 14,10 | 0,46 | 3,29 | 5 | 2 | 40,00 | 0,992,46 | 10-162Інші родини | 2153 | 159 | 3,36 | 45,46 | 67 | 38 | 18,73 | 33,00 | Усього | 4736 | 442 | 9,33 | 100,00 | 203 | 113 | 55,67 | 100,00
Значне збільшення рудерантів у складі досліджених рослинних угруповань пояснюється впливом великих площ порушених земель Кривбасу, які зайняті відвалами, шламосховищами ГЗК і на яких домінує перша стадія природного заростання або відновлення, а саме, бур’янова стадія, а також змінами й перебудовою в організації сільськогосподарського виробництва.
ОСОБЛИВОСТІ ТАКСОНОМІЧНОГО ТА ЕКОлогічного СКЛАДУ культивованих рослинних угруповань кривбасу
У культивованих фітоценозах Кривбасу виявлено 141 вид, що належить до 106 родів і 32 родин. За кількістю видів провідними є родини: Asteraceae – 39 видів (27,66%), Brassicaceae, Fabaceae по 14 видів (9,93%), Poaceae – 10 видів (7,09%), Polygonaceae – 7 видів (4,96%), Boraginaceae, Lamiaceae – 6 видів (4,26%). Переважаючими екоморфами є рудеранти (97 видів, 68,79%), терофіти (72 види, 51,06%), ксеромезофіти (72 види, 51,06%), геліофіти (115 видів, 81,56%), мегатрофи (84 види, 59,57%).
Зміна екологічних умов у напрямку з півдня на північ зменшує в досліджених культивованих рослинних угрупованнях Кривбасу кількість та частку участі видів родин Asteraceae, Brassicaceae, Amaranthaceae у таксономічних спектрах, насиченість видами родин головної частини спектра, частку участі криптофітів, збільшує – пратантів, мезофітів у відповідних екоморфічних спектрах (Рис.3); змінює співвідношення багато- і моновидових родин, однодольних до дводольних, видів специфічних і характерних для всіх районів дослідження. Порівняння із зональною природною рослинністю виявило зміни рангів родин головної частини таксономічних спектрів, частки участі родин і видів, насиченості родин видами, рівня подібності до зональної природної флори (Табл.6).
Таблиця 6
Родини | III | III | IV | V
% | ранг | % | ранг | % | ранг | % | ранг | % | ранг
Asteraceae | 38,64 | 1 | 33,33 | 1 | 28,77 | 1 | 27,66 | 1 | 14,39 | 1
Brassicaceae | 9,09 | 2-3 | 8,89 | 3 | 5,48 | 4-5 | 9,93 | 2-3 | 5,73 | 4
Fabaceae | 6,82 | 4-5 | 10,00 | 2 | 10,96 | 2 | 9,93 | 2-3 | 6,22 | 3
Poaceae | 9,09 | 2-3 | 7,78 | 4 | 8,22 | 3 | 7,09 | 4 | 8,45 | 2
Polygonaceae | 6,82 | 4-5 | 3.33 | 6-9 | 4,11 | 6-8 | 4,97 | 5-7 | 2,03 | 14
Boraginaceae | 2,27 | 7-10 | 3,33 | 6-9 | 4,11 | 6-8 | 4,26 | 5-7 | 2,72 | 10-11
Провідні за чисельністю видів (%) родини і їх ранги у складі досліджених культивованих фітоценозів і зональній флорі
Примітка. I.Південний Кривбас; II.Західний Кривбас; III.Північний Кривбас; ІV.Загальний спектр таксонів культивованих рослинних угруповань; V.Зональна рослинність степу (Кучеревський, 2004).
Установлено, що види переважної більшості екоморф поширюються алохорно (Рис.4). Найбільше видів-алохорів серед степантів, культурантів, ксерофітів, оліготрофів; автохорів – сільвантів, ксеромезофітів, хамефітів, оліготрофів; поліхорів – пратантів, рудерантів, терофітів, криптофітів та мегатрофів.
Культивовані фітоценози складають переважно види полірегіональної (42 види, 29,78% від загальної кількості видів) та голарктичної (69 видів, 48,93%) груп ареалів. У складі полірегіональної групи ареалів кількість видів космополітів та гемікосмополітів однакова (по 21 виду).
Рис.3. Порівняльні екоморфічні спектри Рис.4. Таксономічні фонди екоморф
культивованих фітоценозів культивованих фітоценозів за способами
Примітка. I.Південний Кривбас; поширення видів
II.Західний Кривбас; III.Північний Кривбас.
У складі апофітної фракції евапофіти представлені 31 видом (21,99% від загальної кількості видів), геміапофіти – 21 видом (14,89%), нестійкі апофіти – 19 видами (13,48%) (Рис. 5). Адвентивна фракція складається переважно з археофітів середземноморського походження (14 видів, 35,00% від загальної кількості археофітів), ірано-туранського (8 видів, 20,00%), середземноморського-ірано-туранського (7 видів, 17,50%). Серед кенофітів переважають види північноамериканського (8 видів, 27,58%) та середземноморського (6 видів, 20,70%) походження.
У складі культивованих фітоценозів серед видів, які мають корисні для людини властивості, найчисельнішими є: лікарські - 65 видів (51,18%); кормові – 53 види (41,73%); харчові – 46 видів (36,22%).
Рис. 5. Співвідношення апофітів і адвентивних видів у культивованих фітоценозах (1-евапофіти; 2- геміапофіти; 3-апофіти випадкові; 4-всього автохтонів; 5-археофіти; 6-епекофіти; 7-ергазіофіти; 8-ефемерофіти; 9-всього кенофітів; 10-всього алохтонів).
Екологічний аналіз обумовленості складу культивованих рослинних угруповань виявив, що в комплексах фітоценозів багаторічних трав подібні характеристики ґрунтів, агротехнічні заходи, ценотичні впливи культурних рослин визначають вищу, ніж в інших комплексах, частку участі пратантів. У цілому, в спектрах клімаморф переважають терофіти, найменша їх частка в спектрах комплексів фітоценозів багаторічних трав. Перехідні від мезофітів до ксерофітів гігроморфи займають панівне положення як за кількістю видів, так і за їх відсотком від загальної кількості видів в усіх екоморфічних спектрах. Стабільність фактора трофності ґрунту в комплексах фітоценозів за участю просапних культур визначає підвищення частки участі мезотрофів. Очевидно, що комплекси культивованих фітоценозів мають неоднакові показники побудованих таксономічних, екоморфічних (Рис.6) спектрів.
А В
Рис.6. Порівняльні таксономічні (А) та екоморфічні (В) спектри комплексів культивованих фітоценозів
Примітка. Культури суцільної сівби (I), просапні (II), багаторічні (III), індикаторні (IV)
Рівень еродованості ґрунту визначає наступну, після Asteraceae, родину (за кількістю видів) – на незмитих грунтах – це родина Poaceae, на слабозмитих – Brassicaceae і на середньозмитих – Fabaceae та зміни екоморфічного складу – на незмитих ґрунтах найвища участь степантів, ксерофітів, мегатрофів; на слабо- і середньозмитих грунтах зростає частка участі мезофітів; в напрямку зменшення потужності гумусового шару знижується частка участі терофітів, геліофітів, збільшується сціогеліофітів.
У культивованих рослинних угрупованнях, розташованих між полезахисними лісосмугами, збільшується кількість видів у родинах Fabaceae, Poaceae, Boraginaceae, Polygonaceae, зменшується в родині Asteraceae у порівнянні з культивованими фітоценозами, що межують зі штучним лісом. Це пояснюється лісовою пертиненцією і меншою ксерофітністю родин.
На фоні культурних рослин змінюється ранг родини в таксономічних спектрах основних культивованих фітоценозів, показники трапляння видів, наявність видів у вегетуючому стані. Найбільш поширеними видами зі стабільно високими показниками трапляння є Ambrosia artemisifolia L., Chenopodium album L., Convolvulus arvensis L.
екологічні особливості латентного та вегетуючого СКЛАДУ культивованих рослинних угруповань Кривбасу
Насіннєвий банк культивованих фітоценозів на чорноземах звичайних малопотужних малогумусних легкоглинистих різного ступеня еродованості складають 72 види квіткових рослин, що належать до 51 роду та 20 родин. Банки насіння відрізняються таксономічною ємкістю та запасами насіння (Табл. 7).
Найчисельнішими за запасами насіння є родини Chenopodiaceae, Amaranthaceae, Asteraceae та Poaceae. Найбільшу площу займають культивовані фітоценози з 30-33 видами у складі ґрунтових банків насіння (Рис. 7).
Таблиця 7
Кількісні показники насіннєвих та таксономічних фондів банків насіння культивованих рослинних угруповань
Кіль-
кість | Культивовані фітоценози
I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XI | XIII | XIV | XV | XVI | XVII | XVIII | XIX | XX | XXI
Видів | 24 | 26 | 22 | 27 | 17 | 22 | 23 | 33 | 30 | 31 | 22 | 33 | 26 | 36 | 15 | 16 | 36 | 24 | 14 | 26 | 31 | Родів | 20 | 20 | 19 | 22 | 17 | 20 | 20 | 27 | 24 | 27 | 19 | 26 | 21 | 29 | 13 | 13 | 31 | 20 | 13 | 23 | 25 | Родин | 11 | 11 | 14 | 14 | 11 | 12 | 13 | 17 | 13 | 15 | 13 | 14 | 12 | 14 | 9 | 10 | 15 | 11 | 10 | 13 | 13 | Насіння, млн шт/га163,91293,20 | 152,77 | 293,90 | 707,51216,99 | 403,71 | 361,66 | 355,27412,37 | 315,62 | 502,14 | 776,14 | 276,14 | 344,95 | 230,79233,94 | 214,47 | 152,04272,71234,54 |
Рис. 7. Співвідношення площ культивованих угруповань за кількістю видів в насіннєвих банках
У ґрунті культивованих фітоценозів за участю культур-попередників: пшениці, жита (культури суцільної сівби) виявлено насіння 43 видів покритонасінних з 34 родів та 14 родин; кукурудзи та соняшника (просапні) – 61 вид (46 родів та 19 родин): люцерни (багаторічні трави) – насіння 44 видів (36 родів та 17 родин) (Рис. 8). На фоні комплексів культур-попередників змінюється частка участі багатовидових родин у таксономічних спектрах банків насіння; вища мінливість кількості насіння, ніж трапляння; домінує, за показниками трапляння та чисельності насіння, вид Chenopodium album L.); види Ambrosia arthemisiifolia L., Amaranthus retroflexus L., Chenopodium album L., Setaria viridis (L.) Beauv., Polygonum convolvulus L. мають неоднакові та змінні показники кількості і трапляння насіння в ґрунті та розмах варіювання цих ознак; у структурі банків насіння найбільшу частку (32 види - 44,50%) становлять види з рівнем трапляння менше 10%.
Рис. 8. Порівняльні таксономічні спектри банків насіння в грунтах культивованих фітоценозів на фоні комплексів культур-попередників суцільної сівби (1), просапних (2), багаторічних (3), загальний спектр (4).
Екоморфічний спектр ґрунтових банків насіння культивованих фітоценозів складають: рудеранти (частка участі в спектрі 76,39%), терофіти (65,28%), ксеромезофіти (55,56%), геліофіти (84,72%), мезотрофи (68,06%). На фоні комплексів культур-попередників склад домінуючих екоморф не змінюється, спостерігається неповночленність спектрів (включають частину екоморф) та зміна частки участі екоморф у спектрах (за виключенням геліоморфічних спектрів) (Рис. 9).
Рис. 9. Порівняльні екоморфічні спектри банків насіння в грунтах культивованих фітоценозів на фоні комплексів культур-попередників суцільної сівби (1), просапних (2), багаторічних (3), загальний спектр (4).
Аналіз порівняльних таксономічних спектрів виявив у латентному комплексі культивованих рослинних угруповань у порівнянні з вегетуючим вищі показники участі видів (92,65 проти 90,77 %%) та родів (94,00 проти 90,91%%) дводольних, насиченості родини видами (3,40 проти 3,25) і роду видами (1,36 проти 1,18); нижчі – насиченості родини родами (2,50 проти 2,75).
Визначені групи таксонів із різною здатністю до існування: I – такі, що самовідновлюються, виявлені у вегетуючому і латентному комплексі (15 родин, 60,00% від загальної кількості родин; 36 видів 37,11% від загальної кількості видів), розповсюджуються переважно алохорно – 10 видів (27,78%), ало- та автохорно – 8 (22,22%) та поліхорно – 8 (22,22%); II – мають потенційну можливість відновлення, виявлені лише в латентному комплексі, невідновлені види (5 родин, 20%; 32 види, 32,99%), алохорів 11 видів (34,38%), автохорів 10 (31,25%), диплохори представлені 9 видами (переважають автохорія та антропохорія і алохорія та антропохорія); поліхори – 1 видом (3,13%); III – виявлені лише у вегетуючому комплексі, наявність обумовлена занесенням (5 родин, 20%; 29 видів, 29,89%), розповсюдження - алохорно – 19 видів (65,52%), автохорно – 8 (27,59%), диплохорно (алохорія та автохорія) – 2 (6,9%).
В екоморфічному спектрі вегетуючого комплексу збільшується участь пратантів, сільвантів (ценоморфічний спектр), гемікриптофітів, криптофітів (клімаморфічний спектр), мезоксерофітів та ксерофітів (гігроморфічний спектр), сціогеліофітів (геліоморфічний спектр), мегатрофів (трофоморфічний спектр) та зменшується рудерантів, терофітів, мезофітів, ксеромезофітів, геліофітів, мезотрофів.
Аналіз способів поширення плодів, насіння як засобів реалізації життєвої стратегії виду виявив, що у вегетуючому комплексі частка участі видів-монохорів найвища (63%), природні засоби поширення (алохорія) властиві 46,15% видів, у латентному алохорія властива лише 29,41% видів, автохорія – 20,59%. У латентному і вегетуючому комплексах серед алохорів домінують зоо-, анемохори, серед автохорів - барохори. Антропохорія більш поширена серед видів латентного (24 види, переважно агесто- та ергазіохори), ніж вегетуючого комплексу (14 види-агестохори).
ВИСНОВКИ
1. Рослинний покрив Криворізького залізорудного басейну представлений антропно трансформованими, регульованими і культивованими угрупованнями. До їхнього складу належать 42 види степового, 23 – лісового, 19 – лучного, 113 – бур’янового флороценотипів та 18 видів культурних рослин. Названі угруповання зберігають риси зональної степової флори з високим рівнем рудеральності, що пояснюється впливом великих площ порушених земель, на яких домінує бур’янова стадія природного заростання. Типологічні критерії О.Л.Бельгарда, доповнені показниками мікрорельєфу, змитості грунтів, ємкості насіннєвих банків адекватно описують їхній стан.
2. Антропно трансформовані рослинні угруповання представлені 123 видами з 37 родин. За кількістю видів родини розташовуються у наступному порядку – Asteraceae (29), Lamiaceae (10), Rosaceae (10), Fabaceae (9) Poaceae (9),
