ДИНАМИКА ЛЕСНОГО ПОКРОВА В ЛАНДШАФТАХ, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ИСТОРИЕЙ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ

Изучение экологических последствий антропогенной динамики ландшафтов является одним из направлений ландшафтной экологии. В рамках этой проблематики важное значение имеют исследования эффекта наследия (legacy effect), под которым понимают влияние на современный растительных покров прошлых воздействий. В ряде исследований показано, что предшествующие условия (история землепользования, пожары, инвазии чужеродных видов растений и животных) накладывают отпечаток на современный растительный покров. Так, изучение истории землепользования помогает объяснять особенности современного состава и динамики лесных фитоценозов.

Целью исследования являлось изучение особенностей состояния и динамики лесного покрова в зависимости от истории хозяйственного освоения ландшафтов юго-востока Беларуси. Решались следующие задачи: исследование изменений структуры землепользования на тестовых участках с конца XVIII в. по начало XXI в.; выяснение происхождения современного лесного покрова; анализ лесной растительности на участках, различающихся историей хозяйственного освоения; определение особенностей растительности лесов, сформировавшихся на бывших сельскохозяйственных землях.

Исследования проводились на юго-востоке Беларуси на трех тестовых участках, различающихся историей и уровнем антропогенного преобразования.

Тестовый участок МЗЛ (площадь – 73,7 км²) расположен на северо-востоке города Гомеля. Природная подсистема – моренно-зандровый ландшафт (рельеф – волнисто-увалистый; литогенная основа – моренные супеси и суглинки), на который приходится 73% площади. Остальная часть территории: пойменный (22%) и аллювиальный террасированный (5%) ландшафты. В пределах участка находятся населенные пункты: Поколюбичи (существовал уже в XVIII веке), Прудок, Еремино (первая половина XIX века), Калинино, Новая Жизнь, Брилево, Золотой Рог (появились в XX веке). Со второй половины XX века юго-западная окраина вошла в черту города Гомеля.

Тестовый участок ВЛЛ (площадь – 52,24 км²) расположен в 3 км на юго-восток от города Гомеля. Природная подсистема – водно-ледниковый ландшафт (рельеф – волнистый; литогенная основа – водно-ледниковые супеси). Встречаются субдоминантные урочища – моренные холмы и ложбины стока с озеровидными расширениями. В пределах участка находятся населенные пункты: Климовка, Прибытки, Зябровка (существовали уже в XVIII веке), Контакузовка (первая половина XIX века), Будилка, Красное Селище, Воевода, Зарница (появились в XX веке).

Тестовый участок АТЛ (6,49х8,97 км, площадь 58,22 км²) занимает крайнюю южную часть городской застройки Гомеля и прилегающие лесные массивы. Природная подсистема представлена аллювиальным террасированным ландшафтом (рельеф – плосковолнистый; литогенная основа – древнеаллювиальные отложения позднеплейстоценового возраста, представленные песками и супесями). В пределах участка находятся населенные пункты: Севрюки (существовал уже в XVIII веке), Ченки, Лисички (появились в XX веке). Со второй половины XX века юго-западная часть участка вошла в черту города Гомеля.

Динамика ландшафтов изучалась на пяти временных срезах: 1 – конец XVIII века; 2 – середина XIX века; 3 – начало XX века; 4 – конец XX века; 5 – начало XXI века.

Для составления карт растительного покрова на данных временных срезах использовались: Генеральный план Белицкого уезда 1783 г. (масштаб 1000 сажень в 1 дюйме), военно-топографическая карта Российской Империи 1850-1870 гг. (3 версты в 1 дюйме), топографические карты 1931, 1985-1986 гг. (1:100000), данные космического сканирования (Landsat 4-5, Landsat 7), материалы Google Earth, результаты полевых исследований.

Привязка и оцифровка растров выполнялись в Quantum GIS 2.6.0.

Изменения землепользования за период с конца XVIII по начало XXI века на тестовых участках приводятся в таблице 1. Изучение временных переходов между типами земель позволяет выделить несколько разновидностей динамики ландшафтов:

лесной→сельскохозяйственный→техногенный (городской и проч.);

лесной→сельскохозяйственный;

сельскохозяйственный→сельскохозяйственный;

лесной→сельскохозяйственный→лесной;

лесной→сельскохозяйственный→техногенный→лесной;

лесной→лесной.

Рассмотрим динамику землепользования на территории участка МЗЛ. В конце XVIII века территория участка МЗЛ уже имела высокий уровень хозяйственного освоения (таблица 1). Лесистость составляла всего лишь 14%. Лесные массивы были сосредоточены в пойменном ландшафте, лесистость которого была около 45%. Обрабатываемые земли были сосредоточены в моренно-зандровом ландшафте (распаханность – более 75%). В пойменном ландшафте преобладали травяные болота и луга (около 60% площади).

К середине XIX века в пределах участка леса были полностью вырублены. Значительную площадь в пойменном ландшафте занимали кустарники (44%). Пахотные угодья были сосредоточены в моренно-зандровом ландшафте, распаханность которого превышала 80%.

В начале XX века структура землепользования изменилась незначительно. По-прежнему в моренно-зандровом и аллювиальном террасированном ландшафтах преобладали пахотные угодья, а в пойменном ландшафте – луга и болота (97% от всей площади).

В послевоенное время значительному преобразованию подвергся пойменный ландшафт: сооружена сеть мелиоративных каналов, обустроены польдерные системы. В конце XX века более 50% пойменного ландшафта заняли пахотные угодья. В моренно-зандровом ландшафте часть бывших пахотных земель была отдана под застройку, площадь которой увеличилась в десятки раз. Появились древесные насаждения (1,5% от всей площади участка).

В начале XXI века эти тенденции продолжились. Площадь застройки увеличилась в 1,8 раза. Расширение застройки происходило за счет моренно-зандрового и аллювиального террасированного ландшафтов. Компенсация застраиваемых пахотных земель шла за счет увеличения распаханности осушенного пойменного ландшафта (до 80%). Лесопосадки проводились, в основном, в моренно-зандровом ландшафте (88%) вдоль автомобильных и железных дорог. Общая площадь древесных насаждений сейчас составляет 2%.

Таким образом, в течение всего рассматриваемого времени (более 230 лет) в пределах участка существовал сельскохозяйственный ландшафт, в котором преобладали пахотные земли (таблица 1). Антропогенное воздействие только усиливалось: увеличивалась площадь застройки в моренно-зандровом и аллювиальном террасированном ландшафтах, расширялось сельскохозяйственное освоение пойменного ландшафта.

На месте нынешних древесных насаждений длительное время (с конца XVIII века до второй половины XX века) существовали сельскохозяйственные угодья, преимущественно, пахотные. К концу XX века было высажено до 60% от нынешних лесов (таблица 2).

Леса на участке МЗЛ представлены лиственными и сосновыми насаждениями, подавляющее большинство которых – это лесопосадки вдоль транспортных коммуникаций.

В древесном ярусе лиственных лесов доминируют чужеродные Acer negundo L., Robinia pseudoacacia L., реже местные Quercus robur L., Acer platanoides L., Betula pendula Roth. Кустарниковый ярус представлен Sambucus nigra L., Sambucus racemosa L., Physocarpus opulifolius (L.) Maxim., Rubus idaeus L. В травяном ярусе наиболее часто встречаются Chelidonium majus L., Geum urbanum L., Urtica dioica L., Dactylis glomerata L., Stellaria media (L.) Vill., Taraxacum officinale F.H. Wigg. Присутствуют рудеральные виды – Artemisia vulgaris L., Tanacetum vulgare L., Arctium lappa L., Elytrigia repens (L.) Nevski. Лесные виды представлены в основном деревьями и кустарниками – Quercus robur L., Acer platanoides L., Ulmus glabra Huds., Frangula alnus Mill., из травянистых растений – только Aegopodium podagraria L.

В конце XVIII века на территории участка ВЛЛ существовал сельскохозяйственно-лесной ландшафт, который характеризовался относительно высокой распаханностью (более 50%) и лесистостью (около 40%). Массивы пахотных земель располагались вокруг деревень – Климовки, Прибыток и Зябровки.

К середине XIX века сельскохозяйственная нагрузка значительно возросла: распаханность увеличилась в 1,4 раза, а лесистость сократилась в 6,9 раза. В структуре землепользования резко доминировали пахотные земли – 76,9%. Фрагменты лесов и лугов сохранились на заболоченных территориях, вдоль ручьев и малых рек. В начале XX века высокая сельскохозяйственная освоенность сохраняется, но доля лесов немного увеличивается (до 14,0%), а пахотных земель сокращается (до 68,9%).

Во второй половине XX века характер землепользования существенно меняется: пахотные угодья сокращаются (в 1,7 раза), а лесистость увеличивается (в 2,4 раза). Кроме того, значительно увеличивается площадь застроенных земель: за счет расширение территорий населенных пунктов, строительства военного аэродрома и его инфраструктуры. Расширение площади лесов произошло за счет облесения пахотных земель, выведенных из оборота. В начале XXI века такая структура в целом сохранилась. Несколько сократилась доля застроенных земель в результате ликвидации советской военной базы.

Современный лесной покров на большей части территории ВЛЛ сформировался во второй половине XX века на выведенных из оборота пахотных землях. В период максимального сельскохозяйственного использования 72,8% современных лесов были пашней (середина XIX век). В начале XX века пашней были 50,6% нынешних лесов (таблица 2). С другой стороны, в пределах участка присутствуют леса с возрастом древостоя 100-150 лет.

Леса на бывших сельскохозяйственных угодьях представлены преимущественно сосновыми и березовыми насаждениями. В древостое преобладает Pinus sylvestris L., встречаются Betula pendula Roth., Populus tremula L., Acer negundo L., Robinia pseudoacacia L. В подросте – Acer negundo L., Acer platanoides L., Populus tremula L., Carpinus betulus L., Robinia pseudoacacia L., Quercus robur L. Подлесок формируют Frangula alnus Mill., Sorbus aucuparia L., Salix sp., в меньшей степени – Corylus avellana L., Euonymus verrucosa Scop., Sambucus nigra L. В травяном ярусе ярко выраженные доминанты отсутствуют. Местами увеличивается покрытие зеленых мхов (Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., Dicranum sp.), Festuca ovina L., Calamagrostis epigeios (L.) Roth, Poa nemoralis L. Встречаются синантропные виды – Lupinus polyphyllus Lindl., Stellaria media (L.) Vill., Artemisia vulgaris L., Tanacetum vulgare L. Лесные виды имеют низкое обилие. Отмечены Melampyrum sylvaticum L., Convallaria majalis L., Maianthemum bifolium (L.) F.W. Schmidt, Athyrium filix-femina (L.) Roth.

На территории участка АТЛ в настоящее время лесные массивы занимают более половины площади (таблица 1). Изучение динамики показало, что в конце XVIII века на участке доминировали леса (более 80% площади) с небольшими вкраплениями деревень и окружающих их сельскохозяйственных угодий, а к началу XX века удельная площадь лесов снизилась примерно до современного уровня. Характерной особенностью динамики типов земель здесь было увеличение доля застройки с конца XX века по начало XXI века в 2 раза, т.е. антропогенные преобразования ландшафтов связаны с городским строительством в последние 20 лет.

Леса представлены как сосновыми насаждениями (послевоенного времени), так и старовозрастными (100-200 лет) широколиственными и широколиственно-сосновыми насаждениями. Анализ происхождения современного лесного покрова показал, что 80-90% территории современных лесов были лесными землями и в предшествующее время (таблица 2).

Широколиственные леса представлены, преимущественно, дубравами орляковыми, кисличными и снытевыми. Древесный ярус –  Quercus robur L., Acer platanoides L., Carpinus betulus L., Tilia cordata Mill., Fraxinus excelsior L. В подлеске – Corylus avellana L., Frangula alnus Mill., Euonymus europaea L., Euonymus verrucosa Scop. В травяном покрове – Convallaria majalis L., Pteridium aquilinum (L.) Kuhn Asarum europaeum L., Glechoma hederacea L., Galeobdolon luteum Huds., Milium effusum L., Oxalis acetosella L., Polygonatum multiflorum (L.) All., Stellaria holostea L.

Широколиственно-сосновые леса отличаются значительным участием в древесном ярусе Pinus sylvestris L. (представлены орляковым и кисличными типами).

Сосновые леса представлены, преимущественно, мшистым, черничным, орляковым и кисличным типами. Характеризуются монодоминатными сосновыми древостоями. Подрост представлен Quercus robur L., Acer platanoides L. и Pinus sylvestris L. Подлесок – Frangula alnus Mill., Sorbus aucuparia L. Травяной покров – Vaccinium myrtillus L., Vaccinium vitis-idaea L., Pteridium aquilinum (L.) Kuhn, Melampyrum sylvaticum L., Trientalis europaea L., Oxalis acetosella L. В мшистом типе домининруют зеленые мхи – Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt.

В местах рекреационных нарушений встречаются луговые и рудеральные виды – Chelidonium majus L., Dactylis glomerata L., Stellaria media (L.) Vill., Elytrigia repens (L.) Nevski. Чужеродные виды здесь редки. Единично встречаются Acer negundo L., Impatiens parviflora DC.

Таким образом, 3 участка представляют собой территории, различающиеся историей хозяйственного преобразования: от староосвоенного антропогенного ландшафта (МЗЛ) до лесного ландшафта (АТЛ). Участок ВЛЛ занимает соответственно промежуточное положение.

Различия в предшествующей истории и современный уровень антропогенного преобразования отражаются в различных характеристиках лесного покрова.

На рисунках сравниваются средние значения ряда показателей растительности по выборкам геоботанических описаний на изучаемых участках. Леса АТЛ достоверно отличаются от лесов МЗЛ по всем рассматриваемым показателям. В лесах на бывших сельскохозяйственных землях индекс состояния древостоя ниже фонового значения в 1,1-1,2 раза. Причем, в лесах МЗЛ на 16,7% пробных площадок древостой характеризовался как «поврежденный», а на 66,7% - как «ослабленный». На участке ВЛЛ к «поврежденным» и «ослабленным» относятся древостои на 71,4% пробных площадок. На участке АТЛ такие категории были характерны только для 19,2% пробных площадок.

Видовое богатство ниже в лесах МЗЛ по сравнению лесами других участков. Для спектра жизненных форм (по Раункиеру) лесов МЗЛ характерны: повышенная представленность терофитов и пониженная представленность фанерофитов. Так, доля терофитов в лесах участка МЗЛ в 14,6 раза выше, чем в лесах участка АТЛ. И, наоборот, доля фанерофитов в лесах участка МЗЛ в 1,3 раза ниже, чем в фоновых лесах. Леса ВВЛ по всем показателям занимают промежуточное положение.

Растительность лесов МЗЛ характеризуются высокой долей чужеродных видов – в 4,2 раза выше, чем в лесах ВВЛ и в 36,3 раза выше, чем в лесах АТЛ. Практически каждый четвертый вид среди сосудистых растений в лесах МЗЛ – чужеродный.

В древесном ярусе здесь доминируют североамериканские Acer negundo L. и Robinia pseudoacacia L. В кустарниковом ярусе – Physocarpus opulifolius (L.) Maxim. В травяном ярусе – Xanthoxalis fontana (Bunge) Holub, Impatiens parviflora DC., Impatiens glandulifera Royle, Solidago canadensis L., Echinocystis lobata (Michx.) Torr. & A. Gray, Conyza canadensis (L.) Cronqist, Lupinus polyphyllus Lindl.

Далее на рисунках приведена встречаемость чужеродных видов в лесах на тестовых участках. В лесах АТЛ единично встречаются только 3 чужеродных вида. В лесах ВЛЛ число чужеродных видов также невелико, но их встречаемость значительно возрастает. Так, Acer negundo L. встречается на 57,1% пробных площадок. Относительно высока здесь встречаемость Lupinus polyphyllus Lindl. (предположительно как наследие сельскохозяйственной деятельности на этих землях).

Леса МЗЛ отличаются как высоким числом чужеродных видов, так и их широким распространением. Здесь наблюдаются насаждения Acer negundo L., характеризующиеся высокой затененностью и, как правило, низким проективным покрытием травяного яруса. Естественное возобновление представлено преимущественно самим Acer negundo, т.е. смены этого клена на другие виды деревьев не произойдет. В результате сообщество с доминированием Acer negundo будет самоподдерживаться неопределенно долгое время, задерживая восстановление зональной растительности.

Таким образом, на тестовом участке МЗЛ мы имеет пример крайне фрагментированных «островных» лесов, образовавшихся на месте заброшенных пахотных земель в староосвоенном сельскохозяйственном ландшафте. Эти леса существенно отличаются от «фоновых» длительно существующих лесов (участок АТЛ): 1) происхождением и возрастом (искусственные насаждения, имеющие возраст 20-30 лет); 2) жизненным состоянием древостоя (индекс состояния ниже фоновых значений в 1,1-1,2 раза; существенная часть лесов характеризуется как «ослабленные» и «поврежденные»); 3) низкой представленностью лесных видов (в 4,9 раза ниже, чем в фоновых лесах); 4) высокой представленностью синантропных видов (в 23,2 раза выше, чем в фоновых лесах); 5) высокой представленностью чужеродных видов (в 36,3 раза выше, чем в фоновых лесах). Создание древесных насаждений в староосвоенных ландшафтах не гарантирует формирование полноценных лесных экосистем, что необходимо учитывать при планировании мероприятий по охране биологического разнообразия и прогнозировании лесовосстановительных процессов.

Гусев А.П. Динамика лесного покрова в ландшафтах, различающихся историей хозяйственного освоения // Природные ресурсы. – 2017. – №1. – С. 102-109.