Д. С. Дзыбов
Экосистемные факторы устойчивого функционирования особо охраняемых природных территорий
Аннотация: естественные экосистемы, или биогеоценозы – степи, прерии, луга, саванны, леса и другие функционируют устойчиво в течении миллионов лет благодаря действию ряда определяющих факторов: многокомпонентности, разнообразию зональных типов ассоциаций растительности, оптимальному соотношению флористических групп и жизненных циклов видов, щадящему режиму ресурсопользования, адаптивности зоокомпонентов, сохранности почвенного покрова. Наличие указанных факторов – надежное условие устойчивого функционирования особо охраняемых природных территорий Ставрополья.
Ключевые слова: поликомпонентность, разнообразие, флуктуация, очаговая засоренность, правило 1/3.
Система факторов, действующих изначально в природной растительности, складывалась одновременно с формированием зональных (на равнинах) и поясных (в горах) большого разнообразия типов биогеоценозов, обусловленных абиотическими и биотическими условиями территорий. Все природные факторы созидательны для биосистем, лишь антропогенный фактор инороден, а потому разрушителен. Рассмотрим основные факторы, действующие в растительности вообще и Ставропольских ООПТ в частности.
Наземный органический мир на всех его уровнях – бактериальном, грибном, лишайниковом, цветково-семенном развиваются и функционируют в условиях жесткой биологической конкуренции. Они формируют зональные или поясные сообщества – биогеоценозы, которым однако присущи ненаправленные циклические изменения – флуктуации (примеры: «клеверные», «ковыльные», «разнотравные» и т. п. годы). при этом тип зональной экосистемы сохраняется неизменно.
Каковы же основные факторы, определяющие устойчивое развитие сохранившихся остатков степных экосистем, получивших по ряду ценных научных и научно-практических свойств статус ООПТ – ботанических заказников Ставрополя в урочищах Бучинка, Шалево, Бударка, Новомарьевское, Стрижамент и др.? Подчеркнем еще раз, что факторы устойчивого развития носят всеобщий характер, т. е. проявляются всегда, на всех континентах Земли. Отметим также, что центральная, главенствующая роль в экосистемах принадлежит растительному блоку – продукту фотосинтеза, источнику кислорода, основе питания животного мира. Необходимо отметить также важность целостности всех блоков экосистем – абиотического и биотического: в естественной природе нет ничего лишнего. Оси ее экологических ниш – питания, освещения, увлажнения и др. насыщены до предела. Это подтверждается многочисленными примерами безуспешности внедрения в степи, луга и леса инорайонных видов растений – интродуцентов. Как известно, временный успех при этом возможен лишь после нарушения целостности зонального или поясного сообщества – распашкой целины, расчисткой коренного типа леса и т. д. Такие понятия как «сорняк», «вредное животное» и другие связаны с деятельностью человека – антропогенным фактором. Все компоненты природы «равноправны» и искусственное воздействие на одного из них чревато разбалансированием зональной экосистемы. Это положение относится напрямую и к особо охраняемым природным территориям любого уровня: биосферным, региональным заповедникам, заказникам, Национальным паркам, включая их зоны с режимом абсолютной заповедности и т. д.
Рассмотрим особенности наиболее важных экосистемных факторов, способствующих устойчивому функционированию особо охраняемых природных территорий по материалам исследования ботанических заказников Ставрополья.
1. Поликомпонентность экосистем
Данный показатель, называемый также видовым, или альфа-разнообразием (alpha-diversity), «сцеплено» обусловлено микро – и мезорельефом территории. Оно минимальное на ровных территориях, максимально – в холмистых и горных местностях, где помимо плато или водораздельных гребней, в большинстве случаев встречаются все четыре экспозиции. При этом склоны южной, восточной и юго-восточной ориентации покрыты растительностью с максимальным видовым разнообразием на единице учетной площади, нежели северные, западные и близкие к ним теневые и «полутеневые» склоны. В целом же ставропольские луговые степи в границах ООПТ отличаются наибольшим видовым богатством в России.
Изучение видового разнообразия ботанических заказников центральной части Ставропольской возвышенности (поляны Беспутская, Бучинская, Новомарьевская, Шалево и других) выявило широкое варьирование этого показателя – от 46 до 90 на учетной площади 100 м2.
Растительность указанных выше ООПТ большей частью является лугово-степной, фитомасса которых на 70–80 % состоит из видов мятликовых и осоковых, в том числе таких доминантов, как: ковыль красивейший – Stipa pulcherrima, келерия стройная – Koeleria cristata, которконожка скальная – Brachypodium rupestre, кострец береговой – Bromopsis riparia, овсянница валисская – Festuca valesiaca, овсяница скальная – Festuca rupicola, осока Микели – Carex michelii, осока низкая – Cсarex humilis, тимофеевка степная – Phleum phleoides и некоторые. Их обилие по шкале О. Друде колеблется от «Cop» – до «Soc», что собственно и обеспечивает высокий процент содержания этих злаков в подножном корме и сене. Группа видов из семейства бобовых чаще является сопутствующей злакам – доминантам. Они большей частью встречается рассеяно, за исключением видов клевера, которые преимущественно образуют в плане группировки округлой формы. Группа бобовых в наших ООПТ включают: Вязель пестрый – Securigera varia, горошек тонколистный – Vicia tenuifolia, клевер альпийский – Trifolium alpestre, клевер горный – Amoria montana, клевер ползучий – Amoria repens, клевер средний – Trifolium medium, клевер сходный – Amoria ambiqua, люцерна румынская – Medicago romanica, лядвенец кавказский – Lotus caucasicus, эспарцет песчаный – Onobrychis arenaria. Бобовые редко достигают ранга обилия выше «Sp» по О. Друде.
Чрезвычайно разнообразна группа видов из всех других семейств – «разнотравье». В луговых степях ставропольских ООПТ всегда присутствуют представители этой группы с обилием «Sp»:
В естественных биогеоценозах, в том числе центрально-ставропольских ООПТ флористические группы: злаки+осоки, бобовые, «разнотравье» представлены в соотношении примерно 1:1:3.
Разнообразна флора редких и исчезающих видов, численность которых в отдельных ООПТ лугово-степной зоны колеблется от 7 до 10 (12).
Помимо приведенных в предыдущем списке охраняемых растений отметим также, некоторые из внесенных в Красную книгу Ставропольского края (2002):
Данный экосистемный фактор обусловлен определенным долевым (в процентах) соотношением видов растений – многолетников, двулетников и однолетников. В целинах, условно эталонного типа, куда относятся наши ООПТ, многолетники преобладают всегда и играют стабилизирующую роль. По нашим многолетним данным на их долю приходится от 88 до 99 %, двулетников – от 0 до 7 и однолетников – от 0 до 8 %. Эти показатели следует признать оптимальными, обеспечивающими устойчивое функционирование степных экосистем ООПТ. Увеличение численности малолетних видов, как правило сорняков, обусловливает опасность трансформации зонально-раритетного биогеоценоза во вторичное, мало ценное с точки зрения теории и практики, сообщество. Мониторинг ООПТ призван выявить подобные дигрессивные признаки для принятия практических мер их сдерживания и поворота процесса в обратном направлении.
Разновозрастные растения одного вида образуют ряд, включающий: всходы, ювенильные, имматурные, виргинильные, генеративные, стареющие и старые особи. Доля каждого из этих состояний в процентах, составляет возрастной спектр. Он будет левосторонним, если на него приходится более 50 % нецветущих особей вида, нормально функционирующим в случае, когда на долю генеративных особей (подразделяется на g1, g2, g3), будет приходится более половины особей и стареющим (правосторонним), когда на стареющие и старые особи вида будет падать 40–50 и более процентов. Данный фактор возрастного спектра весьма важен для доминантов – создателей и стабилизаторов сообществ. Интенсивное отчуждение фитомассы степи делает спектр более молодым – левосторонним, а режим абсолютной заповедности, увеличивая долю стареющих и старых особей вида, способствует его выпадению из ценоза. В этом аспекте – оптимальным считается ежегодное использование не более 1/3 растительности – «Правило одной трети (Одум, 1986).
Его еще называют бета-разнообразием (beta-diversity). Речь при этом должна идти исключительно о разнообразии растительных группировок, состоящих из целинных видов – доминантов. Примером таковых в центрально-ставропольских лугово-степных ООПТ являются:
Как видно из приведенных примеров, индикаторными доминантами лугово-степных ООПТ Ставропольской возвышенности являются: коротконожка скальная, осока низкая, овсяница валисская, ковыль красивейший, лабазник обыкновенный, тимофеевка степная, кострец береговой и некоторые другие. Потеря ими господствующего положения ООПТ будет означать деградацию ценной части экосистемы ООПТ. Образно можно сказать: «Нет зональных доминантов, нет и целинной степи».
2. Фактор режима ресурсопользования в устойчивом функционировании экосистем степных ООПТ
Режим ресурсопользования в травяных биогеоценозах является важным экологическим фактором. Эта его функция обусловлена степенью интенсивности отчуждения ежегодно продуцируемой растительной массы, имеющего место при сверхнормативных нагрузках степных, луговых, прерийных и других угодий на всех континентах. В этих условиях экосистема оказывается предельно открытой для солнечной инсоляции, подвергается интенсивному иссушению, усиливается фотосинтетический процесс. Эти и другие явления должны служить мерой оценки процессов, происходящих в травостоях особо охраняемых природных территорий в условиях относительной или полной заповедности. Виды охранного режима способствуют в конечном итоге ежегодному накоплению медленно разлагающихся отмерших надземных частей растений – стеблей, побегов, листьев, плодов и семян. Эта замедленность обусловлена сухим степным климатом. Степной войлок (мортмасса, ветошь, подстилка и т. д.) одного вегетационного сезона подвергается гумуфикации в центрально-ставропольских ООПТ в течении 4(6) лет. За этот срок его мощность в режиме абсолютной заповедности (пример: закрытый участок ООПТ «Новомарьевская поляна») достигает 7(10) см. Данный мертвопокровный биогоризонт формирует на поверхности почвы особый микроклимат, для которого характерны: затененность, повышенная влажность, специфическая микрофлора, низкая плотность почвы в слое 0-30 см, где сосредоточено более 90 % объема и веса корневых систем зональной флоры. В ботанических заказниках, с их щадящим хозяйственным режимом, отмеченные явления выражены слабее. Тем не менее, они имеют место в травяных фитоценозах центрально-ставропольских ООПТ. К чему это приводит? Исследования показали, например, что в условиях строгой заповедности, под слоем отмерших частей на лугах Тебердинского биосферного заповедника происходит замена поясных (целинных) ксерофитных злаков (овсяница Воронова – Festuca woronowii, овсяница джимильская – Festuca jimilensis, и др.) на корневищные (пырей ползучий – Elytrigia repens, мятлик луговой – Poa pratensis, живучка женевская – Ajuga genevensis и пр.), т. е. имеет место мезофитизация луговых экосистем. Охранный режим приводит к своей противоположности – трансформации эталонной растительности во вторичную. В лугово-степных ООПТ Ставрополья очагово имеет место тот же процесс – семена дерновинных зональных злаков из родов ковыль, овсяница, келерия и др. заменятся на корневищные (пырей ползучий – Elytrigia repens, вейник наземный – Calamagrostis epigeios, мятлик узколистный – Poa angustifolia и др.). С учетом этой угрозы было предложено сохранять в ООПТ тот хозяйственный режим (периодическое сенокошение, слабый выпас), благодаря которому они дошли до наших дней в том составе и сложении. (Дзыбов, 1976а). В противном случае реальна угроза перерождения травостоев ООПТ в корневищно-«бурьянистые» группировки (Дзыбов, 1976, 1983). Отмеченные негативные явления, обусловленные мощным слоем мертвых растительных остатков в степи, имеют место в биосферном заповеднике Украины – Аскания-Нова, заказнике Персияновка близ Новочеркасска, Центрально-Черноземном заповеднике под Курском и в других местах (Семенова – Тян-Шанская, 1977).
С другой стороны процесс перерождения эталонных ООПТ связан с частыми, «глубокими» пожарами. При этом степная «подстилка» выгорает не сплошь, а очагами. Тлеющий горючий материал успевает прогреть верхний дерновый горизонт почвы до глубины 0–10 см. Вселедствие этого происходит почти полная гибель корневых систем целинных дерновинных злаков и осок, не повреждая стержневые корни многих сорняков (щавель пирамидальный – Rumex thypsiflorus, шандра обыкновенная – Marrubium vulgare и др.). Экосистема становиться более открытой вследствие ослабления конкурентной силы настоящих степных доминантов. Бурьянистая флора без особого конкурентного сопротивления начинает господствовать «лоскутными зарослями». Убедительным примером отмеченного является Персияновская степь близ г. Новочеркасска, где исходная целинная степь деградировала почти полностью (Дзыбов, 1998).
В заключение отметим, что устойчивое функционирование степных (лесостепных) ООПТ Ставрополья будет обеспечиваться комплексом экосистемных факторов, а не одного какого-то «главного» из них. Эти факторы большей частью действуют вне воли человека, т. е. естественны по своей природе. Но антропогенный фактор, особенно интенсивная, односторонняя откачка фиторесурсов, а равно неиспользование их (заповедность) чреваты трансформацией зональных степей ООПТ в сорно-«бурьянистые» группировки.
Решение обсуждаемой темы на основе научно-практических разработок приобретает особую актуальность на начальном этапе создания единой сети ООПТ Ставрополья (Дзыбов, 2003).
1. Дзыбов Д.С. К охране степных и луговых целин Карачаево-Черкесии // Охрана среды и рациональное использование растительных ресурсов. Книга 2. – М. – 1976. – С. 26–28.
2. Дзыбов Д.С. К охране редких видов растений и растительных сообществ в районах развитого земледелия и животноводства // Сб. научн. тр. // Охрана генофонда природной флоры. – Новосибирск. – 1976а. – С. 28–36.
3. Дзыбов Д.С. От пассивных форм природоохранной работы – к стратегии активного воспроизводства биологического разнообразия в степях Евразии // Актуальные вопросы охраны и восстановления степных экосистем на территории
Украины. – Аскания-Нова. – 1998. – С. 169–171.
4. Дзыбов Д.С. Каркасы естественных и восстановленных экосистем – основа “Зеленой книги” Ставрополья // Научные основы земледелия и влагосберегающих технологий для засушливых регионов Юга России. Проблемы растениеводства. – Ч. 2. – Ставрополь. – 2003. – С. 161–169.
5. Дзыбов Д.С., Абалдов А.Н. О некоторых концептуальных подходах к выделению и режиму функционирования степных ООПТ в агроландшафтах // О состоянии и перспективах развития особо охра-немых территорий и проблеме борьбы с деградацией (опустыниванием) земель. – Вешенская (Ростовск. обл.). – 2005. – С. 51–55. 6. Дзыбов Д. С. Межвозрастная конкуренция в фитоценозах и ее экспериментальное изучение в постоянной степной экспозиции ботанического сада / Д. С. Дзыбов // Экологические аспекты развития растительных сообществ в ботанических садах ЮФО. – Краснодар, 2008. – С. 49–63.
7. Одум Ю.П. Экология. Т. 1, Мир, 1986. – 328 с.
8. Семенова-Тян-Шанская А. М. Режим охраны травяных сообществ // Растительный мир охраняемых территорий. – Рига. 1987. – С.139–142.