Экологические эффекты островизации: результаты исследований на юго-востоке Беларуси

Wood "islands" in anthropogenic landscape: Researches in the southeast of Belarus

Объект – лесные экосистемы (острова) в матрице природно-антропогенного (сельскохозяйственного) ландшафта. Район – Юго-Восточная Беларусь.

Object – wood ecosystems (wood «island») in a matrix of anthropogenic (agricultural) landscape.

Использованы материалы по 320 ключевым участкам.

Все ключевые участки были разделены на 6 классов (в зависимости от площади сплошного лесного массива): менее 0,01 км²; 0,01-0,1 км²; 0,1-0,5 км²; 0,5-1,0 км²; 1,0-5,0 км²; 5,0-10,0 км²; более 10 км².

Materials on 320 key sites are used.

All key sites have been divided into 6 classes (depending on the area of forest): less than 0,01 кm²; 0,01-0,1 кm²; 0,1-0,5 кm²; 0,5-1,0 кm²; 1,0-5,0 кm²; 5,0-10,0 кm²; more than 10 кm².

В пределах каждого класса ключевые участки были разделены на две группы в зависимости от предшествующего землепользования: а) длительно существующие лесные экосистемы (Л→Л); б) лесные экосистемы, образованные на месте сельскохозяйственных земель (А→Л). Такое деление необходимо для того, чтобы учесть вклад эффекта наследия (legacy effect). История землепользования устанавливалась по топографическим картам 1920-1940 гг. (масштаб 1:100000), аэрофотоснимкам (1941-1947 гг.).

Задачи: выявить экологические эффекты, обусловленные островизацией (т.е. уменьшением площади лесных ареалов); сравнить эффекты островизации в лесных экосистемах, имеющих различную историю.

Использован градиентный анализ – все ключевые участки были ординированы по градиенту островизации, т.е. по площади лесного ареала. Получены средние характеристики растительности для всех классов.

По мере уменьшения площади лесной экосистемы наблюдаются изменения фитосоциологического состава растительности, т.е. соотношения видов, относящихся к разным классам растительности по эколого-флористической классификации Браун-Бланке (the Braun-Blanquet classification):

снижается доля видов класса Querco-Fagetea (широколиственные листопадные леса) и класса Vaccinio-Piceetea (бореальные хвойные леса);

возрастает доля видов класса Molinio-Arrhenatheretea (вторичные послелесные луга умеренной зоны Евразии), класса Stellarietea media (сообщества сегетальных и рудеральных однолетников) и класса Artemisietea vulgaris (рудеральные сообщества высокорослых двулетних и многолетних видов).

В лесных массивов, имеющих незначительную площадь (до 1 га), по сравнению с лесными массивами, имеющими площадь более 1000 га, представленность неморальных видов (т.е. видов широколиственных лесов) в 13,3 раза меньше. 

The occurrence of species of the class Querco-Fagetea

В тоже время в лесах с площадью до 1 га в 5 раз увеличивается доля луговых видов, в 9,4-17,5 раза увеличивается доля рудеральных видов.

Наибольшие изменения фитосоциологического спектра происходят при достижении лесным массивом площади около 0,5-1 км².

По градиенту островизации (т.е. изменения площади лесного массива) происходит закономерное изменение соотношения лесных и синантропных видов. Видно, что в рассматриваемых классах размера лесных массивов доля лесных видов сокращается в 16,1 раза, а доля синантропных видов, наоборот, возрастает в 12,3 раза. В лесных массивах, имеющих незначительную площадь (до 1 га), доля лесных видов не превышает 5%. В лесных массивах с площадью более 1000 га доля лесных видов составляет более 50%, а доля синантропных – менее 5%.

The occurrence of forest species (species of all forest classes of vegetation, (% of all species in a key plot)

Synantropization (the share of species of the synanthropic classes (% of all species in a key plot)

Хорошо видно как эти закономерности нарушаются эффектом наследия. В лесах, образовавшихся на месте сельскохозяйственных земель, даже в крупных массивах доля лесных видов составляет 20-40%, а доля синантропных – более 10%. Собственно экологический эффект истории землепользования мы уже рассматривали ранее (http://geoecograph.blogspot.com/2014/04/Legacy-effect-Land-Use-History-as-Factor-of-Contemporary-State-of-Plant-Cover.html).

Островизация проявляется в спектре жизненных форм.  В лесных массивах, имеющих незначительную площадь (до 1 га), доля терофитов составляет 15% (в 3,7 раза выше, чем в массивах с площадью 1000 га, в 6,1 раза выше, чем в массивах с площадью более 10000 га). Доля фанерофитов в спектре жизненных форм, наоборот, минимальна в мелких массивах и максимальна в крупных. В массивах с площадью более 1000 га доля фанерофитов стабилизируется.

Естественное возобновление древесных пород (характеризует способность их популяций к поддерживать свою численность) также зависит от размера лесного массива:

Резко изменяется степень адвентизации растительности (доля адвентивных растений в % от общего числа видов). В крупных массивах адвентизация составляет около 1%, в мелких массивах – 5-10%. Во всех случаях в лесах, образовавшихся на месте сельскохозяйственных земель, уровень адвентизации выше.

The share of aliens species (% of all species in a key plot)

На видовом богатстве (число видов на единицу площади) островной эффект, в данном случае, сказывается слабо. Этот показатель слабо изменяется по градиенту площади лесного массива, что обусловлено замещением лесных видов – синантропными видами. Видовое богатство лесных видов резко падает, но снижения общего видового богатства не наблюдается. Так как на смену лесным (неморальным и бореальным) видам приходят различным луговые и рудеральные виды, в том числе адвентивные.

Один из таких лесных островов в сельскохозяйственном ландшафте представлен на фотографиях. Площадь лесного массива менее 1 кв. км. Расположен среди пахотных и луговых угодий.

 Если древесные лесные виды здесь частично сохранились (присутствуют дуб черешчатый, клен платановидный), то лесных трав и кустарников практически нет. Видно, что в травяном покрове доминирует чужеродный вид – недотрога мелколистная (Impatiens parviflora DC). В лесную экосистему также проникли другие чужеродные виды – кислица европейская (Xanthoxalis stricta (L.) Small), клен ясенелистный (Acer negundo L.), тополь белый (Populus alba L.). 

Встречаются нехарактерные для лесов рудеральный виды – пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.), пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski), цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.), звездчатка средняя (Stellaria media (L.) Vill.) и т.д. Неморальные лесные травы полностью отсутствуют.

Таким образом, видовой состав растительности лесных экосистем, окруженных антропогенным ландшафтом, в сильной степени зависит от их размера.