Синфітоіндикаційна оцінка екотопів Шацького національного природного парку та їх картування

Ганна Плотникова

Національний університет «Києво-Могилянська академія»

(науковий напрям: Науки про Землю)

Синфітоіндикаційна оцінка екотопів

Шацького національного природного парку та їх картування

Ключові слова: синфітоіндикація, ординаційний аналіз, картування

Стан та різноманіття природних екосистем є одним із важливих показників сталого розвитку регіону [1]. Показники екологічних факторів екосистем Полісся, якому належить перше місце за збереженістю рослинності серед рівнинних територій України, є еталоном для порівняння [5]. Одним із основних добре збережених природних комплексів Полісся є ШНПП, який в майбутньому буде входити до ТБР „Західне Полісся”. Cинфітоіндикаційний аналіз та картування екотопів ШНПП є актуальними дослідженнями для створення ТБР “Західне Полісся”, результати яких будуть використовуватися в майбутньому для моніторингу екосистем ШНПП.

Мета роботи - порівняти різні типи екотопів ШНПП за едафічними та кліматичними факторами.

Завдання:

-  розрахувати показники екологічних факторів для різних типів екотопів ШНПП на основі методики синфітоіндикації;

-  провести кластерний та ординаційний аналіз екотопів ШНПП за комплексом екологічних факторів;

-  побудувати екологічні карти частини ШНПП.

Матеріали і методи дослідження

Матеріали були зібрані протягом еколого-ботанічної експедиції в середині липня 2006 року в ШНПП. Зроблено 700 геоботанічних описів. Відповідно до флористичної класифікації рослинності Braun – Blanquet виділено 25 класів рослинності, з яких для подальшої синфітоіндикаційної оцінки ми відібрали 18, що належать до природних екосистем [7]. Аналіз основних едафічних факторів (кислотність Rc, трофність Tr, вологість ґрунту Hd, вміст азоту Nt та вміст карбонатів Ca) і кліматичних (континентальність Kn, терморежим Tm та кріорежими Сr) був проведений з використанням фітоіндикаційних шкал вологості (23 бали), трофності (19), кислотності (13), вмісту карбонатів (13), вмісту азоту (11), терморежиму (17), кріорежиму (15) та континентальності (17) [4]. Синфітоіндикіційні показники були одержані з використанням пакету “SPHYT”, створеного на основі бази даних еколого-фітоценотичної інформації про види флори України Інституту ботаніки НАН України[2]. Одержані дані статистично перевірені з використанням стандартного квадратичного відхилення. Кластерний аналіз проведено за допомогою пакету програми Statistica 6.0 (Euclidean distances, Single Linkagе).

При створенні екологічних карт частини ШНПП основою слугувала геоботанічна карта рослинності частини ШНПП, розроблена Фіцайло Т. В. та Якушенко ітоіндикаційні показники для екотопів, представлених на карті різними типами рослинних угруповань були розбиті на виділи і нанесені на карту. Процентне співвідношення площ виділів розраховане методом „палетки”.

Результати досліджень

Серед екологічних факторів природних екотопів ШНПП найбільшою амплітудою характеризується вологість ґрунту, який грає найбільшу роль в просторовому розподілі рослинних угруповань, що виявлено як в даному дослідженні, так і в попередньому [‎3]. Вологість ґрунту змінюється від - 9,65 (субмезофіт - клас Koelerio glaucae – Corynephoretea canescentis) до 20,53 і 20,80 (гідрофіти, класи Lemnetea та Potametea) [4]. Амплітуда вологості – 11,15 балів, що складає 48% від загальної амплітуди (23 бали). Інші едафічні фактори характеризуються практично однаковою амплітудою (~30%).

Щодо кліматичних факторів, то термо - і кріо- режими (16% та 17%) характеризуються більшою амплітудою, ніж континентальність (6%). Коливання значень едафічних факторів є значно більшими, ніж кліматичних, адже вони є локальними і їх зміна суттєва навіть на території з однорідним рельєфом, такій як ШНПП.

Едафічні та кліматичні режими екотопів ШНПП Таблиця 1.

	Середні значення екологічних факторів, бали
Класи рослинності	Rc	Tr	Nt	Hd	Tm	Kn	Cr	Ca
Utricularietea intermedio-minoris	8,39	7,18	5,22	19,80	7,99	8,66	7,40	3,98
Lemnetea minoris	8,16	8,40	6,54	20,53	8,86	8,27	7,74	6,33
Phragmiti-Magnocaricetea	7,79	7,86	5,84	16,73	8,12	8,40	7,44	4,25
Scheichzerio-Caricetea nigrae nigrae	6,25	4,90	4,07	15,97	7,39	8,49	7,01	3,79
Isoeto-Nanojuncetea	6,93	7,67	6,49	13,45	8,55	8,60	7,77	5,36
Potametea	8,34	8,01	5,89	20,80	8,80	8,46	8,00	4,44
Oxycocco–Sphagnetea	3,94	3,00	3,16	14,79	6,13	8,84	5,73	2,65
Trifolio-Geranietea sanguinei sanguinei	6,25	5,98	4,73	11,23	8,03	8,36	8,05	5,23
Molinio-Arrhenatheretea	7,57	7,34	5,35	13,23	7,71	8,41	7,69	5,53
Nardo-Callunetea	5,39	5,01	3,83	12,29	7,35	8,43	7,78	4,51
Koelerio glaucae–Corynephoretea canescentis	6,00	5,55	3,82	9,65	8,02	7,78	7,94	5,12
Salicetea purpureae	8,21	7,18	6,84	13,74	8,76	8,54	8,11	5,33
Vaccinio-Piceetea	5,63	5,07	4,27	12,63	7,39	8,60	7,17	3,98
Quercetea robori-petraeae	5,88	5,35	4,58	12,36	7,85	8,55	7,54	4,41
Alnetea glutinosae	6,67	6,13	5,48	14,58	7,82	8,46	7,54	4,14
Querco-Fagetea	7,00	5,95	5,43	12,08	8,45	8,34	8,18	5,38
Rhamno-Prunetea	8,16	6,85	5,71	11,74	8,59	8,30	8,27	6,29
Betulo-Franguletea	7,66	7,14	6,24	12,45	8,01	8,43	7,90	5,79

Аналіз екотопів за комплексом ознак

При аналізі екотопів доцільно враховувати дію усіх екологічних чинників і аналізувати їх в комплексі. За комплексом екологічних факторів серед екотопів ШНПП виділено дві групи екотопів (рис.1). До першої належать екотопи, представлені водними угрупованнями класів Utricularietea intermedio-minoris, Potametea та Lemnetea.

Рис.1. Дендрограма подібності екотопів за комплексом ознак

Умовні позначення: 1- Oxycocco–Sphagnetea, 2 – Scheichzerio-Caricetea nigrae, 3 – Utricularietea intermedio-minoris, 4 – Isoeto-Nanojuncetea, 5 – Potametea, 6 – Lemnetea minoris, 7 – Phragmiti-Magnocaricetea, 8 – Molinio-Arrhenatheretea, 9 – Nardo-Callunetea, 10 - Koelerio glaucae–Corynephoretea canescentis, 11 – Trifolio-Geranietea sanguinei, 12 – Vaccinio-Piceetea, 13 – Quercetea robori-petraeae, 14 – Querco-Fagetea, 15 - Alnetea glutinosae, 16 – Salicetea purpureae, 17 – Rhamno-Prunetea, 18 – Betulo-Franguletea

Другу складають трав’янисті, чагарникові та лісові екотопи, де формуються класи Molinio-Arrhenatheretea, Nardo-Callunetea, Trifolio-Geranietea sanguinei; Rhamno-Prunetea, Betulo-Franguletea; Querco-Fagetea, Quercetea robori-petraeae, Vaccinio-Piceetea та Salicetea purpurea відповідно. Окремо виділені угруповання боліт (класи Oxycocco-Sphagnetea та Scheichzerio-Caricetea nigrae), пісків (клас Koelerio glaucae–Corynephoretea canescentis) і евтрофні угруповання класів Phragmiti-Magnocaricetea і Alnetea glutinosae.

Ординаційний аналіз екотопів ШНПП

Ординаційний аналіз різних типів екотопів за едафічними та кліматичними факторами дає можливість прослідкувати залежність між ними, визначити розподіл екотопів і передбачити резистентність та стійкість за певними екологічними чинниками [2, 1].

При дослідженні всіх типів екотопів чіткої кореляції між вологістю та іншими як едафічними так і кліматичними факторами виявлено не було, що свідчить про незалежність вологості від інших факторів. Однією з найбільших залежностій відзначається трофність та кислотність (89%), (рис.2). Трофність та pH є мінімальними в екотопах оліготрофних боліт, а максимуму досягають у водних екотопах, оскільки донна поверхня водних екосистем складається з крейди.

а) б)

в)

Рис. 2. Едафічний ареал у координатах трофності та кислотності у: а - трав’янистих, б - фанерофітного типу, в - водних та болотних угрупованнях ШНПП.

При побудові ординаційних матриць вибудовуються екоклини: Oxycocco–Sphagnetea < Scheichzerio-Caricetea nigrae < Phragmiti-Magnocaricetea < Utricularietea intermedio-minoris < Potametea < Lemnetea minoris (болотні та водні, r = 89%); Nardo-Callunetea < Koelerio glaucae–Corynephoretea canescentis < Trifolio-Geranietea sanguinei < Molinio-Arrhenatheretea (трав’янисті, r = 91%); Vaccinio-Piceetea < Quercetea robori-petraeae < Alnetea glutinosae < Querco-Fagetea < Betulo-Franguletea < Rhamno-Prunetea < Salicetea purpureae (фанерофітного типу, r = 94%).

Кислотність ґрунту у всіх досліджених екотопах добре корелює із вмістом азоту (r = 85%) аналогічно підвищенню трофності та кислотності у тих самих екоклинах. Відповідно, трофність у свою чергу теж корелює із вмістом азоту (r = 85%). Серед екотопів лісів та чагарників соснові ліси характеризуються найнижчим вмістом азоту, бо вони формуються на піщаних дерново-підзолистих ґрунтах (внаслідок хорошої аерації піску, органіка швидко мінералізується і вимивається в нижні горизонти) [2]. У грабово-дубових та вільхових лісах умови зволоження є достатніми, і тому азот добре мінералізується і його вміст є високим.

Вплив азоту добре проявляється у розподілі угруповань. Найменшим вмістом азоту (за винятком оліготрофних боліт) характеризуються екосистеми пустищ. Вони формуються на місці зведених бореальних лісів і є близькими до них за вмістом азоту. Вміст азоту зростає у ґрунтах під угрупованнями класу Trifolio-Geranietea sanguinei, адже це є угруповання узлісь (екотони між лісом та луками). Псамофітні угруповання класу Koelerio glaucae–Corynephoretea canescentis за вмістом азоту перекриваються частково як із екотопами пустищ так і з екотопами узлісь. Ґрунти звичайних лук класу Molinio-Arrhenatheretea характеризуються вищим вмістом азоту. Ще більший вміст азоту у ґрунтах під вологими, мокрими та болотистими луками класу Phragmiti-Magnocaricetea, за якими розташовуються екотопи водних угруповань класів Utricularietea intermedio-minoris, Potametea та Lemnetea minoris. Мезооліготрофні болота за вмістом азоту частково прекриваються із пустищами та псамофітними угрупованнями, а оліготрофні болота характеризуються найменшими вмістом азоту, адже органічні рештки в них не розкладаються, а оторфовуються.

Щодо кліматичних факторів, то вміст азоту корелює із терморежимом в усіх екотопах ШНПП (r = 72%), адже в сухіших і тепліших азот краще мінералізується і є більш доступними для рослин [2]. Підтверджено кореляцію термо - та кріорежиму [3] при аналізі екотопів ШНПП в цілому, хоча для окремих екотопів показники перекриваються (r = 61%). У екотопах фанерофітного типу із підвищенням терморежиму та кріорежиму зростає вміст карбонатів (r = 72% та r = 73% відповідно), адже більш висока температура сприяє відкладанню карбонатних солей у ґрунтах.

Аналіз кліматичних факторів не дав таких кореляційних залежностей як у випадку едафічних, адже основні кліматичні фактори мають вузьку амплітуду в ШНПП, і екологічні валентності рослинних угруповань по цих факторах перекриваються. Це ще раз підтверджує більшу роль едафічних факторів у диференціації рослинності ШНПП.

Створення екологічних карт за методикою синфітоіндикації

Екологічні карти відображають зміну різних показників ґрунту та клімату в залежності від рослинного покриву [2, 6]. У даному дослідженні створено екологічні карти трофності, вологості, кислотності, вмісту азоту та карбонатів; кріо - і терморежиму частини ШНПП площею 2085 га (у районі озер Пісочне та Перемут (зона стаціонарної та регульованої рекреації) і природного комплексу Мошне (заповідне ядро)). Розглянемо карти трофності та вологості, адже саме ці фактори визначають тип та багатство ґрунту [‎2].

Карта трофності ґрунтів частини ШНПП

Карта трофності (рис. 3) включає 8 виділів, з яких найбільший за площею є 2 (29%), що представлений сосновими лісами ас. Vaccinio uliginosi-Pinetum, Molinio caeruleae-Pinetum, Peucedano-Pinetum та союзом Caricion lasiocarpae (мезотрофи). Велику площу також займає 5 (24%) виділ, до якого входять асоціації Ribeso nigri-Alnetum та Carici acutiformis-Alnetum (семіевтрофи). 7 виділ представлений семіевтрофним союзом Magnocaricion (13%).

Виділ 6 (7%), до якого входить союз Molinion caerulaea (семіевтрофні угруповання) займає лише 7% території. Іншим виділам (1, 3, 4), які є мезотрофами, належить дуже мала частина площі. Семіевтрофні угруповання союзу Nymphaeion albae виділу 8 займають 3% території. Серед водних угруповань більшу територію мають угруповання класу Charetea озера Пісочне, яке є оліготрофним. Територія, на якій було проведене картування, характеризується переважно семіевтрофними умовами (49%).

Карта вологості ґрунту частини ШПНП

Карта вологості є строкатою (рис. 4), адже вологість грунту грає визначну роль у розподілі рослинних угруповань. 5 виділ (ас. Ribeso nigri-Alnetum (гігрофіт)) займає найбільшу площу – 18 %. 16 % території (3 виділ) належить угрупованнями ас. Molinio caeruleae-Pinetum та союзу Molinion caerulaea (гігромезофіти). 13 % займає виділ 9 союзу Magnocaricion (пергідрофіт). Найвологіші екотопи даної території представлені союзом Nymphaeion albae та класом Сharetea (гідрофіти, 13%).

Рис.4. Карта вологості ґрунту частини ШНПП Умовні позначення: 1 – 11,5-12,0; 2 – 12,0-12,5; 3 – 12,5-13,0; 4 – 13,0-13,5; 5 – 14,0-14,5; 6 – 14,5-15,0; 7 – 15,0-15,5; 8 – 15,5-16,0; 9 – 16,5-17,0; 10 – 20,5-21

11 % припадає на виділ 4, який представлений ас. Vaccinio uliginosi-Pinetum (гігромезофіт). 9% (виділ 2) території належить мезофітним угрупованням ас. Tilio cordatae-Carpinetum betuli та Peucedano-Pinetum. На виділи 6 та 7 припадає 6% (ас. Carici acutiformis-Alnetum) та 5% (ас. Betulo-Salicetum repentis) – гігрофіти. Найменшу площу мають виділи 8 (союз Caricion lasiocarpae, гігрофіт) та 1 (ас. Cladonio-Pinetum, мезофіт). Отже, на даній території переважають гігрофітні та гігромезофітні умови (62%).

Карти едафічних факторів є більш строкатими, ніж кліматичних. Карта вологості є найбільш неоднорідною, що пов’язано із найбільшою амплітудою даного фактору. Карти кислотності та трофності представлені багатьма виділами, і майже кожний тип рослинних угруповань має відповідний виділ по значенню едафічного фактора. За вмістом азоту та карбонатів різні типи рослинних угруповань вже об’єднуються по декілька в екологічні групи. Карти кліматичних факторів є однорідними, адже кліматичні показники схожі на території ШНПП. Карта континентальності не була створена, бо усі екотопи дослідженої частини ШНПП потрапили в один виділ за даним фактором. Ці факти ще раз засвідчують визначальну роль едафічних факторів у просторовому розподілі екосистем ШНПП.

Висновки

У досліджених типах екотопів виявлено значну лінійну позитивну залежність між едафічними факторами, особливо: кислотністю, трофністю і вмістом азоту. Досліджено, що найбільшу амплітуду має фактор вологості, який визначає просторовий розподіл екотопів ШНПП. Доведено, що екотопи, представлені різними класами рослинності, суттєво відрізняються за значеннями едафічних факторів. Це є підтвердженням того, що рослинність є індикатором стану екосистеми, і тому класифікацію екосистем доцільно створювати на основі рослинності.

Побудовані екологічні карти частини ШНПП показують, що на даній території переважають ацидофільні (45 %, 938 га), семіевтрофні (49%, 1022 га), гігрофітні і гігромезофітні (62%, 1293 га), гемінітрофільні (56%, 1168 га) та гемікарбонатофобні (45%, 938 га) умови, що свідчить про гарну репрезентативність обраної ділянки для картування, адже саме ці умови є типовими для ШНПП в цілому.

Література

1.  Дідух іторинг та використання нетрадиційних методів оцінки екосистем в аспекті сталого розвитку України//Проблеми сталого розвитку України. – К.: „БМТ”, 1998. – С. 183 – 197.

2.  Дідух Я. П., Фітоіндикація екологічних факторів. – Київ: Наук. думка, 1994. – 280 с.

3.  Дідух Я. П., Г, Каркуцієв – ценотичні особливості Шацького природного національного парку//Проблеми екології лісів і лісокористування на Поліссі України. –Житомир: Волинь, 1998. – – С. 147 – 154.

4.  Дідух П. Г., , Єрмоленко В. М., Коротченко І. А., Каркуцієв Г. М., І. Екофлора України/Відпов. ред. Дідух Я. П. – Київ: Фітосоціоцентр, 2000. – Т.1. – 284 с.

5.  Фіторізноманіття Українського Полісся та його охорона/Під заг. ред. ієнко. – Київ: Фітосоціоцентр, 2006. – 316 с.

6.  Картография растительности и фитоэкологическое картографирование в лаборатории биологии растительности Альп Гренобльского университета, Франция// Геоботаническое картографирование. – Сант – Петербург: РАН, 1996. – С. 31 – 39.

7.  JFIT Project “Establishment of a Transboundary Biosphere Reserve and a Regional Ecological Network in Polesie”//Progress Report. – 2006. –53 с.