Перспективні напрямки геоботанічних досліджень, спрямованих на охорону. Основні цілі та завдання геоботаніки

Хоча вище вже були розглянуті деякі тенденції сучасного розвитку геоботаніки, ми все ж таки вважаємо цікавим дати коротке зведення тих тенденцій, які, на наш погляд, є найбільш суттєвими.

З зрушень, що відбуваються в геоботаніці, найзагальнішим є зміна її змісту і обсягу, визнання багатьма її «стиковою наукою», що стоїть на кордоні між ботанікою, екологією і географією (особливо ландшафтознавством) і є однією з частин науки про Землю - геономії. Її об'єктом вивчення є рослинний покрив як складна система з цілим рядом підсистем, які всі - від виду як цінобіонту та рослинного співтовариства як центрального об'єкта до фітогеосфери - вивчаються для розкриття загальних закономірностей еволюції, структури, складу, географії, екології рослинного покриву як визначальної частини та ландшафтної оболонки Землі та методів управління ним.

Саме системний підхід відкриває, на думку багатьох сучасних дослідників, можливості вивчати різноякісні об'єкти (підсистеми) рослинного покриву, враховуючи їхню порівняльну цілісність, з одного, і відкритість, стохастичний і підлеглий характер, з іншого боку, і тим самим охарактеризувати рослинний покрив як динамічну систему .

З нових поглядів розглядається рослинне співтовариство. Різниця в теоретичних трактуваннях рослинної спільноти ясно вимальовується, якщо, наприклад, порівняти фітоценологію 20-30-х років з її теорією рослинних угруповань як цілісних, згуртованих одиниць («організмів») з сучасними течіями фітоценології - з вченням про континуум, з трактуванням точки зору біокібернетики, системних рівнів інтеграції і т. д. В даний час фітоценоз розглядається як явище природи з триступеневою організацією живого (організмний, популяційний та ценотичний рівні), у зв'язку з чим ускладнюються його структура та комплекс взаємодій. Фітоценоз – надзвичайно складне явище, пізнати життя якого можливо лише на основі багатовимірної моделі. Ступінь детермінованості конкретних фітоценозів порівняно низька, від чого залежать і їх відносна нестійкість та можливість виникнення «різних станів системи по всьому діапазону ознак у різних стохастичних комбінаціях». В. Д. Александрова (1961) пише, що «фітоценоз відноситься до класу динамічних систем високого ступеня складності. Він є дуже великою, з погляду кібернетики, динамічною системою зі стохастичними перетвореннями та статистичним ефектом». Інакше висловлюючись, складність фітоценозів проявляється у: 1) великому різноманітті конкретних флор, які є «матеріалом» для вироблення видового складу фітоценозів; 2) різних типах будови угруповань, різноманітті структурних елементів співтовариств; 3) різноманіття екотопів, можливості безмежної варіації та комбінації екологічних факторів, їх якісних показників; 4) різноманітті взаємодій між рослинами, що складають спільноти, між ними та умовами середовища; 5) різноманітність шляхів становлення та розвитку співтовариств, різноманіття ходу сукцесійного процесу в різних екотопах.

Чим складнішим нам видається фітоценоз як природне явище, тим більше удосконалених, різноманітних та точних методів потребує його вивчення. В даний час ми можемо говорити вже про цілі «класи» методів геоботанічного вивчення рослинного покриву та фітоценозів. До звичайного і безперечно поверхневого, але все ж таки і в наші дні не втратив своє значення рекогносцирувальному дослідженню рослинних угруповань методом простого опису їх видового складу, структури та екотопа додалися біогеоценологічні, стаціонарно-екологічні, експериментальні, біогеофізичні, продукційно-екологічні Інші методи дослідження. Останній «клас» (кількісно-статистичних методів) відіграв безперечно дуже велику роль у досягненні сучасного рівня геоботаніки та екології. Перед цими методами стоять і величезні завдання в подальшому розвитку вчення про рослинний покрив, бо лише вимірюваність, точність і статистична оброблюваність фактів, що збираються, дозволяють їх об'єктивно систематизувати і узагальнювати в суворо доведені висновки.

Погляд на фітоценоз як порівняно відкриту систему і рослинний покрив як явище безперервне змушує геоботаников і екологів багато уваги звертати на спеціальні методи вивчення рослинного континууму. Методи ординації та градієнтного аналізу суттєво вдосконалені протягом останніх 10-15 років, і, очевидно, саме цей напрямок визначить найближчим часом успіх у з'ясуванні важливого питання: яка якість рослинності – дискретність чи безперервність – внутрішньо більш властива їй як природному явищу. Звичайно, питання класифікації рослинності зберігають своє важливе місце в проблематиці геоботаніки, але ясно і те, що: 1) проблема ієрархічної чисто фітоценологічної класифікації втрачає своє колишнє чільне значення в геоботаніці і 2) проблема класифікації рослинності має позитивні перспективи лише у разі об'єднаного використання традиційних фітоценологічних прийомів класифікації та результатів градієнтного та ординаційного аналізу рослинності. Багатьма геоботаніками та екологами вже з достатньою переконливістю показано, що класифікація та ординація не є взаємовиключними підходами до вивчення рослинності, а мають взаємно збагачувати один одного.

Довгі десятиліття у геоботаніці провідною проблемою була класифікація рослинності. Їй присвячена переважна більшість геоботанічної літератури, що є цілком природним на певному етапі розвитку геоботаніки, коли першорядним завданням вважалося створення всебічного огляду різноманітності рослинних угруповань. Це, очевидно, простежується й у справжній роботі - ми справді у всіх розділах мали дуже багато уваги приділяти питанням класифікації. Але можна думати, що вже в найближчому майбутньому ця непропорційність у геоботанічній проблематиці буде усунута і на передній план виступлять такі проблеми, як моделювання рослинних угруповань, вивчення прибутково-витратних процесів енергетичних ресурсів угруповань, функції та структура різного типу угруповань в екосистемах, розробка теоретичних і методологічних основ створення високопродуктивних та стійких щодо зміненого людиною середовища рослинних угруповань тощо.

Зі сказаного не можна робити висновок, що геоботанічні проблеми, які вивчаються вже багато років і стали, так би мовити, класичними (як, наприклад, районування та картування рослинного покриву, вивчення змін рослинності та ін), зовсім втрачають своє значення. Ніяк немає. Але й вони перебудовуються на нову методику та збагачуються новими теоретичними підходами. Так буде, наприклад, з картуванням рослинного покриву, яке найближчим часом перейде на нову методику, пов'язану з використанням спектрозонального аналізу кольорової аерофотозйомки і, що особливо перспективно, з матеріалами, що надходять у розпорядження вчених від космічних супутників. У науці вже говорять про космічне ландшафтознавство, незабаром говоритимуть і про космічну геоботаніку. Звичайно, звичайні методи картування зберігаються на озброєнні геоботаніків-картографів, оскільки необхідність роботи на ключових ділянках (полігонах) не знімається, але наземні матеріали поєднуються з космічними, і в результаті буде досягнуто великої точності, оглядовості та швидкості роботи.

Завершуючи справжню книгу, нам хотілося б зупинитися на одному питанні - у якій стадії розвитку знаходиться геоботаніка?

Науки розвиваються за певними внутрішніми закономірностями. Серед останніх суттєвою є стадійність розвитку науки, проходження нею певних етапів у процесі пізнання свого об'єкта чи вирішення своєї проблеми. Процедуру наукового пізнання можна умовно розділити кілька стадій, починаючи з простіших і закінчуючи складними, узагальнюючими. Звичайно, ці стадії не повинні суворо слідувати одна за одною, можуть траплятися і складні переплетення, паралельний розвиток етапів, але вони відбивають логічний хід внутрішнього прогресивного розвитку науки.

Перелічимо основні етапи цього процесу: 1) опис явища, процесу, предмета, об'єкта; 2) вимірювання, збирання кількісних даних; 3) групування даних, типологізація та класифікація; 4) статистична та математична обробка даних; 5) постановка експериментів; 6) інтерпретація отриманих даних; 7) створення гіпотези; 8) розробка теорій та закономірностей; 9) прогнозування; 10) створення загальної концепції.

Прийнявши цю схему за основу, цікаво встановити, на якій стадії знаходиться сучасна геоботаніка, які стадії досить відпрацьовані, в яких знаходиться її «точка зростання». Можна сказати, що три перші стадії майже пройдений етап, інакше кажучи, вони вже не є перешкодою у подальшому розвитку геоботаніки. Успішно розвивається кількісна (статистична) геоботаніка, на порядку денному створення особливої галузі біоматематики, безпосередньо пов'язаної з геоботанікою, – біоценометрії зі спеціальним набором математичних методів та апаратури. Певні успіхи є і в галузі експериментальної геоботаніки, але цілеспрямований досвід не проник ще в багато суттєвих невирішених проблем. Починаючи з шостої стадії (інтерпретація) картина виглядає менш задовільною, що проявляється у відсутності загальних пояснювальних теорій сутності рослинної спільноти, її місця в енергетичних ланцюгах екосистеми, а ширше - у відсутності загальновизнаної теорії рослинного покриву як основи для прогнозування. Вважаючи, що наука буде у розквіті у разі проходження через усі вищезгадані стадії, визначимо, що геоботаніка досягла середньої фази свого розвитку, а найскладніші, найвідповідальніші та найсучасніші її завдання чекають ще свого рішення.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Білоруський державний університет

Біологічний факультет

Кафедра ботаніки

Геоботаніка

Курс лекцій

Для студентів біологічного факультету

Мінськ

Редакційно-видавничою радою БДУ

2004 р., протокол №

Тихомиров Вал. Н. Геоботаніка: курс лекцій. - Мн.: БДУ, 2004. - с.

У цьому виданні викладено основні положення сучасної геоботаніки – науки про рослинний покрив: основні екологічні фактори, що впливають на рослини та рослинні угруповання, формування, склад, структура фітоценозів, їх мінливість та зміни в часі, основні положення класифікації та геоботанічного районування рослинності. Призначений для студентів біологічного факультету.

УДК 681.9(075.8)

ВСТУП................................................. .................................................. .................................................. ............ 5

Геоботаніка як наука............................................... .................................................. ............................ 6

Основні етапи розвитку геоботаніки.................................................................................................... 11

Історія вивчення рослинного покриву Білорусі........................................................................... 18

Вплив основних ЕКОЛОГІЧНИХ факторів на рослини та рослинні угруповання 22

Загальне уявлення про екологічні чинники............................................................................... 22

Абіотичні фактори.................................................................................................................................. 28

Світло..................................................................................................................................................................... 28

Тепло.................................................................................................................................................................. 31

Вода.................................................................................................................................................................... 32

Повітря................................................................................................................................................................ 35

Ґрунти та ґрунти............................................................................................................................................. 38

Рельєф................................................................................................................................................................ 44

Біотичні фактори..................................................................................................................................... 47

Взаємини рослин одна з одною........................................................................................ 51

Взаємини між рослинами та їх консортами............................................................... 62

Специфічність видів впливу на середу...................................................................................... 71

Еколого-фітоценотичні стратегії рослин................................................................................ 74

Конкурентне виключення та формування екологічної ніші.................................................... 78

Склад та структура рослинних угруповань (синморфологія)................. 82

Склад рослинних угруповань.............................................................................................................. 82

Флористичний склад фітоценозів................................................................................................... 83

Склад життєвих форм............................................................................................................................ 92

Цінопопуляційний склад. Структура та динаміка цінопопуляцій.................................. 97

Просторова структура фітоценозів....................................................................................... 108

Вертикальна структура фітоценозу................................................................................................. 109

Горизонтальна структура фітоценозу............................................................................................. 114

Функціональна структура фітоценозу............................................................................................... 121

Динаміка рослинних угруповань (синдинаміка)............................................ .. 125

Мінливість фітоценозів у часі.................................................................................................. 125

Добова мінливість фітоценозів................................................................................................ 126

Сезонна мінливість фітоценозів................................................................................................. 126

Різнорічна мінливість фітоценозів (флуктуації)........................................................ 130

Вікова мінливість фітоценозів............................................................................................. 135

Сукцесії............................................................................................................................................................ 137

Автогенні сукцесії............................................................................................................................. 139

Алогенні сукцесії............................................................................................................................. 144

Класифікація рослинності (синтаксономія)............................................. .... 152

Фізіогномічний підхід............................................................................................................................. 155

Домінантна та домінантно-детермінантна класифікації рослинності................. 157

Еколого-флористична класифікація (система Браун-Бланке)............................................. 161

Ординація рослинності................................................ .................................................. .......... 164

Геоботанічне районування................................................ ............................................ 168

Людина та її роль у зміні рослинного покриву 171

ВСТУП.

Даний навчальний посібник є викладом лекцій з курсу «Геоботаніка», що читаються автором для студентів 2 курсу біологічного факультету Білдержуніверситету. Під час читання лекцій та підготовки даного видання перед нами стояли дві основні проблеми. По-перше, обмежений обсяг курсу (всього 18 лекційних годин) змушує нас вкрай вибірково підходити до відбору матеріалу для лекцій. Так, у курсі лекцій ми змушені відмовитися від розгляду таких, безперечно, важливих розділів геоботаніки, як методика геоботанічних досліджень, продуктивність фітоценозів, типологія лісової рослинності Білорусі, картографування рослинності; у стислому вигляді викладаються питання дискретності та безперервності рослинності, класифікації та ординації рослинності, геоботанічного районування. Дані питання надалі з більшим чи меншим ступенем деталізації розбираються на літній навчальній практиці з геоботаніки, де студенти освоюють основні методи геоботанічних досліджень, виділяють окремі фітоценози та визначають наявність або відсутність чітких кордонів між ними, класифікують їх та проводять картографування ділянки рослинності, визначають причини зміни продуктивності різних компонентів фітоценозів.

Іншою серйозною проблемою, що постала перед нами, стала відсутність у студентів знань із загальної екології, екології рослин та популяційної екології рослин. Це пов'язано з тим, що курс загальної екології прослуховується ними лише на 3 курсі, екологія та популяційна екологія рослин прослуховуються лише як спецкурси на кафедрі ботаніки на 4 та 6 курсах відповідно. Це змусило нас включити до цієї книги такі розділи, як загальне уявлення про екологічні фактори, характеристику основних абіотичних та біотичних факторів середовища, поняття про екологічну нішу, дати загальне уявлення про життєві форми та цінопопуляції рослин. На нашу думку, без викладення цих питань (хоча вони і не належать безпосередньо до геоботаніки) неможливо викласти розділи, пов'язані зі складом, структурою та динамікою фітоценозів.

Автор висловлює глибоку подяку А. А. Кагало, В. В. Маврищеву, Т. М. Міхєєвій та В. В. Сарнацькому за перегляд рукопису та за цінні критичні зауваження, що дозволили покращити зміст та структуру цієї книги.

Геоботаніка як наука

Геоботаніка (від грецької ge– земля та botanicos– що відноситься до рослин) – це наука про рослинний покрив Землі як сукупності рослинних угруповань. Геоботаніка вивчає склад, будову, класифікацію, закономірності формування, розвитку та розміщення рослинного покриву Землі та його зв'язок з навколишнім середовищем. Вона охоплює весь спектр взаємовідносин у межах однієї рослинної спільноти, між окремими співтовариствами, а також між рослинною спільнотою та навколишнім її природним середовищем. Термін «геоботаніка» для вчення про рослинний покрив був запропонований в 1866 одночасно і незалежно один від одного російським ботаніком Ф. І. Рупрехтом і німецьким ботаніком А. Гризебахом.

Перед тим, як перейти до розгляду структури геоботаніки, слід зупинитися на деяких термінах і насамперед на таких, як «флора» та «рослинність». Флора– історично сформована сукупність видіврослин на певній території Флористика вивчає флори, історію формування, розподіл окремих видів (ареали видів) певній території, їх поширення тощо. При цьому основною одиницею флористики є виглядяк таксономічна категорія

Рослинність– це сукупність рослинних угруповань (фітоценозів)на якійсь території, тобто сукупність рослин, які ростуть на якійсь площі, незалежно від того, наскільки зімкнуті рослини та наскільки сильні взаємодії між ними (Василевич, 1983). Рослинність характеризується не тільки видовим складом, а, головним чином, великою кількістю видів, їх просторовою структурою, динамікою і екологічними зв'язками, що виникають всередині спільнот.

Фітоценоз– «будь-яке конкретне угруповання рослин, протягом усього займаного нею простору щодо однорідна за зовнішністю, флористичному складу, за умов існування» (Шенников, 1964: 12). Фітоценоз є частиною (автотрофним блоком) складнішої системи – біоценозу, До якого, крім фітоценозу, входять також зооценоз (сукупність тварин) і мікробоценоз (сукупність мікроорганізмів). Сукупність біоценозу, що займається біоценозом простору та екотопа(режимів середовища біоценозу: повітряного, водного, температурно-радіаційного, мінерального харчування та ін.) утворюють біогеоценоз. У функціональному відношенні біогеоценоз ідентичний екосистемі. Але між цими поняттями є деякі відмінності. Екосистема - це «будь-яка одиниця (біосистема), що включає всі спільно функціонуючі організми (біотична спільнота) на даній ділянці і взаємодіє з фізичним середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури і кругообіг речовин між живою і неживою частинами» (Одум, 1988). Тобто, як екосистеми можна розглядати як гниючий пень, так і весь лісовий масив, в якому цей пень розташований. Біогеоценоз ж є ділянкою земної поверхні в межах фітоценозу, що входить до нього, тобто завжди має певні мінімальні межі. Таким чином, всякий біогеоценоз є екосистемою, але не будь-яка екосистема – біогеоценоз.

Будучи комплексною наукою, геоботаніка поділяється на низку приватних дисциплін (рис. 1):

Рис. 1. Структура геоботаніки як комплексної науки.

· фітоценохорологія (географія рослинності, хорологічна геоботаніка) - розділ геоботаніки, що вивчає закономірності географічного розподілу різних синтаксономічних одиниць рослинності на поверхні Землі; включає в себе:

· геоботанічне картографування - Складання геоботанічних карт рослинності різного масштабу;

· геоботанічне районування - Виявлення територіальної диференціації рослинності на внутрішньо однорідні райони, що мають індивідуальні властивості;

· фітоценологія - Розділ геоботаніки, що вивчає взаємодію рослин один з одним і з навколишнім середовищем, формування структури рослинних угруповань та їх комплексів, динаміку цих процесів. Вона поділяється на:

· загальну , в якій розглядаються загальні закономірності структури рослинних угруповань ( синморфологія), закономірності їх формування та динаміки ( синдинаміка), взаємовідносини компонентів рослинних угруповань з навколишнім середовищем та один з одним ( синекологія), а також класифікація рослинних угруповань ( синтаксономія);

· спеціальну – загальна фітоценологія стосовно окремих типів рослинності. Розділами спеціальної геоботаніки є лісознавство, лугознавство, болотознавствоі т.д., які, у свою чергу, є теоретичною основою прикладних наук агрономічного циклу: лісівництва, луговодства, культури боліт та ін.

· історична геоботаніка – розділ геоботаніки, що досліджує зміну рослинності у геологічних масштабах часу у зв'язку зі зміною клімату та поверхні Землі. При вивченні змін рослинності під впливом антропогенного чинника масштаби часу можна порівняти з часом існування людської цивілізації – до кількох століть.

Таким чином, геоботаніка є синтетичною наукою. Так, фітоценохорологія дуже тісно пов'язана з комплексом географічних наук та ботанічною географією, історична геоботаніка частково перекривається з палеоботанікою; а фітоценологія перетинається з флористикою та екологією рослин.

Геоботаніка нерідко сприймається як синонім фітоценології, що, з погляду, не зовсім точно. У центральній Європі геоботаніка розглядається в широкому обсязі, тобто, крім фітоценології у вузькому сенсі, вона включає географію рослинності і, іноді виділяється в окремий напрямок, історичну геоботаніку. Цей підхід є найбільш раціональним, крім того, в сучасній літературі він застосовується все ширше.

Деякі вчені, особливо американські та англійські, як синонім геоботаніки досить широко використовують і такий термін, як «синекологія», під яким розуміють науку про рослинні угруповання. При цьому геоботаніка, особливо фітоценологія, розглядається як частина екології рослин або екології рослинних угруповань. Але, як видно з наведеної вище схеми, до складу геоботаніки (і фітоценології теж), крім синекології (екології фітоценозів) входять й інші розділи: морфологія, географія, класифікація фітоценозів, вчення про розвиток та зміни фітоценозів та ін., і тому синекологія лише частиною геоботаніки, хоч і важливою. Водночас не можна зводити й екологію загалом до геоботаніки. Справа в тому, що екологія – це наука про взаємини між живими організмами та середовищем їхнього існування. Повний поділ геоботаніки та екології як окремих наук стався наприкінці 70-х років 20 століття, коли В. Д. Федоровим (Федоров, 1977) було сформульовано екологічна парадигма, згідно з якою специфічним, унікальним об'єктом екології є екосистема , а чи не окремі особини, популяції і навіть спільноти.

Основні цілі та завдання геоботаніки. Методи геоботанічних досліджень

Мета геоботаніки- з'ясування причин, що зумовлюють закономірності групування рослин у просторі та в часі, пізнання властивостей і якостей угруповань, що утворюються, закономірності їх розподілу на земній кулі, пошук шляхів управління ними (покращення та збільшення продуктивності, створення нових угруповань), вироблення стратегії їх охорони та раціонального використання .

Для досягнення поставленої мети геоботаніка як наука має вирішити низку конкретних завдань:

1) визначення фітоценотичного складу рослинного покриву;

2) вивчення флористичного складу та будови виділених фітоценозів;

3) з'ясування залежності фітоценотичного складу рослинного покриву, флористичного складу фітоценозів та їх будови, розподілу та просторових співвідношень від кліматичних та топографічних умов, від біотичних факторів середовища та ступеня антропогенного навантаження;

4) вивчення генези та еволюції рослинності, динаміки фітоценозів;

5) вивчення формування, змінності та змін фітоценозів у часі залежно від зовнішніх та внутрішніх факторів;

6) аналіз фітоценотичних відносин між рослинами залежно від умов існування, біологічних та екологічних особливостей рослин та їх взаємного розміщення;

7) вивчення взаємодії та взаємозумовленості фітоценозу та навколишнього середовища;

8) з'ясування стану рослинного покриву в геологічному та історичному минулому та відображення минулого у сучасній рослинності;

9) встановлення класифікаційних одиниць різного рангу та систематизація типів фітоценозів, тобто класифікація та систематика рослинності;

10) господарська характеристика форм рослинності та з'ясування шляхів їх поліпшення, більш раціонального розміщення, охорони та використання.

Підсумовуючи викладене вище, можна сказати словами А. П. Шеннікова, що у геоботаніки «завдання одне: повноцінне фітоценологічне дослідження рослинного покриву; перелічені ж завдання – лише різні сторони, з яких має бути розглянутий предмет» (Шенніков, 1964: с. 15).

Для того, щоб вирішити поставлені завдання, геоботаніка використовує цілу систему методів . Існує кілька різних варіантів класифікації методів, які використовуються при геоботанічних дослідженнях. Ми дотримуємося схеми Б. М. Міркіна (Міркін та ін., 1989), в основу якої покладено метод біологічного пізнання - описово-реєстраційний (спостереження) або експериментальний, а також ознака кратності обліку. У цьому виділяються групи методів.

· Маршрутні методи одноразових обліків у ході маршруту. Вони можуть бути різномаштабними та охоплювати як невеликі ділянки рослинності, так і цілі області, а також різними за рівнем точності, тобто спиратися як на суто візуальні оцінки, так і на точні методи обліку.

· Стаціонарні методи– клас методів, що реалізуються шляхом багаторазового повторного вивчення одних і тих же ознак рослинності в тих самих точках. Стаціонарні дослідження можуть бути різними за тривалістю (від кількох днів до десятків років) і виконуватися як з використанням візуальних оцінок (наприклад, багаторазове відвідування тих самих ділянок рослинності для візуальних спостережень флуктуацій), так і із застосуванням цілого арсеналу складних приладів. Здебільшого подібні стаціонарні геоботанічні дослідження переростають у дослідження екологічні, оскільки зміни параметрів рослинності аналізуються паралельно з урахуванням параметрів середовища.

· Експериментальні методиклас методів, що реалізуються шляхом активного втручання в рослинність і середовище, що спостерігається. До експериментальних досліджень відносяться, наприклад, вивчення впливу добрив на рослинність, створення штучних фітоценозів, включення до складу природних угруповань нових компонентів (або їх виключення), зниження рівня конкуренції обрізанням коренів дерев і так далі. p align="justify"> Особливим видом експериментальних досліджень є методичні експерименти, які проводяться з метою порівняння різних методів отримання вихідних даних та їх обробки; до експериментальних методів слід зарахувати і моделювання фітоценотичних систем.

Геоботанічні дослідження, будучи основною формою роботи польових ботаніків, включають комплексне вивчення як самих рослин, так і середовища їх проживання, які надають взаємний вплив і, певною мірою, "формують один одного".

Пов'язано це, насамперед, про те, що зростання як окремих видів рослин, і сформованих ними фітоценозів, безпосередньо залежить від комплексу фізико-географічних чинників, насамперед - від особливостей рельєфу, грунтів і почвообразующих порід цієї території. Особливо велика, при цьому, роль рельєфу, який, хоч і побічно, впливає на рослинність і, будучи потужним трансформатором тепла і вологи, дуже впливає на специфіку фітоценозів та їх поширення.

У свою чергу рослини та сформовані ними фітоценози змінюють середовище свого проживання - макро- та мікроклімат, склад, структуру та вологість ґрунту, підземну та поверхневу гідромережу. Будучи функціонально пов'язаними з комплексом фізико-географічних умов, рослини та їх співтовариства, можуть бути використані як індикатори (особливо види та фітоценози з вузькою екологічною амплітудою) різних особливостей природних умов - аерації та зволоження ґрунту, його засоленості, карбонатності та механічного складу, глибини залягання ґрунтово-ґрунтових вод тощо. Найбільш надійними індикаторами є не окремі види, а групи видів або рослинні угруповання.

Методам вивчення флори, як комплексу видів рослин, що ростуть, і рослинних угруповань - фітоценозів, присвячено даний методичний посібник.

Основні поняття та терміни Флора та флористичні дослідження

Флора являє собою сукупність всіх видів рослин, що ростуть на території. Поняття флори не є аналогом поняття фітоценозу (спільнота), скоріше це формальний список (перелік) видів тієї чи іншої місцевості.

Вивчення особливостей флори складає предмет флористичних досліджень .

Без знання та інвентаризації флори неможливо проводити геоботанічні дослідження. Таким чином, флористичні дослідження, флористика, є частиною геоботанічних досліджень.

Фітоценоз та геоботанічні дослідження

При геоботанічних дослідженнях основним об'єктом вивчення є фітоценоз .

У вітчизняній геоботанічній літературі найбільш широко використовується визначення, дане В. Н. Сукачовим: Під фітоценозом (рослинним співтовариством) слід розуміти будь-яку сукупність рослин на даній ділянці території, яка перебуває в стані взаємозалежності і характеризується як певним складом і будовою, так і певним взаємовідносинами з середовищем.".

Таким чином, фітоценоз - це не випадкове зібрання видів рослин, а закономірна сукупність видів, що пристосувалися, внаслідок тривалого підбору, до спільного існування у певних умовах довкілля.

Часто замість терміна "фітоценоз" вживається термін "рослинна спільнота". Проте, вважає А.Г. Воронов (1973), термін "фітоценоз" доцільніше зберегти для позначення конкретних ділянок рослинності, а "рослинна спільнота" використовувати як термін, що не має певного обсягу, як безрангове поняття для позначення будь-якого таксона класифікації рослинного покриву.

Іноді як синонім терміна фітоценоз деякі дослідники використовують термін "ділянка асоціації".

Кожен фітоценоз характеризується певним набором ознак, з яких найважливіше значення для розмежування одних фітоценозів від інших мають такі:

1) видовий (флористичний) склад;

2) кількісні та якісні відносини між рослинами, які визначаються різним ступенем участі (достатком) різних видів та неоднаковою їх значимістю у фітоценозі;

3) структура - вертикальне та горизонтальне розчленування фітоценозу;

4) характер місцепроживання - місце існування фітоценозу.

Сукупність всіх фітоценозів певної території називають рослинністю, або рослинним покривом даної території.

Завідувач лабораторії, провідний науковий співробітник, доктор географічних наук - І. А. Трофімов

Провідний науковий співробітник, кандидат сільськогосподарських наук – Л. С. Трофімова

Старший науковий співробітник - Є. П. Яковлєва

Лаборант-дослідник - Є. В. Клименко

Консультант, доктор біологічних наук, академік РАН - І. В. Савченко

Комплексні геоботанічні дослідження

Комплексні геоботанічні дослідження у ВНДІ кормів ім. В. Р. Вільямса - найбільшому науково-методичному, дослідному та інтелектуальному центрі з кормовиробництва Росії, мають свою найбагатшу, більш ніж вікову історію.

В основі вирішення проблем збільшення адаптивності, стійкості та економічної ефективності кормових угідь лежить їхнє глибоке комплексне геоботанічне вивчення. Основоположники вітчизняного лугознавства - В. Р. Вільямс, А. М. Дмитрієв, Л. Г. Раменський, І. В. Ларін, Т. А. Работнов вважали геоботанічне вивчення та оцінку природних кормових угідь «необхідною складовою робіт з лугопасовищного господарства» .

Принциповими особливостями наукової школи геоботаніки ВНДІ кормів є вивчення рослинності у взаємозв'язку з середовищем та її оцінка у кормовому відношенні.

Основні напрямки діяльності наукової школи геоботаніки інституту здійснюються з різних напрямків. Розвиток теоретичних та методологічних засад, принципів та методів комплексного (синтетичного) фітотопоекологічного підходу до оцінки природних кормових угідь, сільськогосподарських земель, агроекосистем та агроландшафтів з використанням наземних та дистанційних даних. Комплексне геоботанічне вивчення та оцінка, класифікація, картографування, районування, моніторинг природних кормових угідь Росії, кормова характеристика рослин сінокосів та пасовищ та кормових ресурсів територій, що вивчаються, теоретичне обґрунтування систем їх поліпшення та раціонального використання, прийомів управління продукційними, середоутворювальними та середоутворюючими .

Геоботанічне вивчення та оцінка природних кормових угідь в інституті почалися з початком організації у 1912 р. показового лугового господарства при вищих курсах з луговодства Московського сільськогосподарського інституту. На базі цього господарства в 1917 р. була створена станція, в 1922 р. - Державний луговий інститут, у 1930 р. - Всесоюзний, а в 1992 р. - Всеросійський науково-дослідний інститут кормів.

Спостереження рослин у природі та його гербаризація від початку стали невід'ємною частиною системи вивчення луків у Державному луговому інституті. Перші колекції Гербарія складалися в основному зі зборів на екскурсіях Підмосков'ям та сусіднім областям. Докладніше про Гербарію можна прочитати.

В даний час колективом лабораторії (І.А. Трофімов, Л.С. Трофімова, Є.П. Яковлєва, І.В. Савченко, Є.В. Клименко) розробляється агроландшафтно-екологічне районування природних кормових угідь Росії.

Л.Г. Раменський, як і В.В. Докучаєв та В.Р. Вільямс, переконаний, що рослинна спільнота є частиною більш складних систем - біоценозу і біогеоценозу, земель і агроландшафтів. Це становище знайшло найповніше відбиток у його вченні про типи земель.

У своїй роботі «Класифікація земель з їхнього рослинного покриву» Л.Г. Раменський вказував, що потрібні класифікації рослинності, грунтів, місцепроживання тощо., розрізнені і лише механічно друг на друга накладаються, потрібна фітотопоекологічна класифікація земель у всьому різноманітті і єдності їх комплексної характеристики. Ця класифікація типів земель (біогеоценозів, агроландшафтів, агроекосистем) є комплексною фітотопоекологічною, необхідною для застосування в прикладних цілях. По суті класифікація природних кормових угідь Л.Г. Раменського є класифікацією типів земель, агроекосистем чи агроландшафтів.

З неослабною енергією Л.Г. Раменський виступав за комплексне вивчення земель. Він опублікував дуже цінне основне в теоретичному, методичному та практичному відносинах посібник з комплексного вивчення земель, що є основами синтетичного вчення про природно-господарські типи земель. Цей напрямок робіт Л.Г. Раменського заклало основи створення сучасного вчення про агрогеосистеми та агроландшафти.

У своїй роботі «Введення у комплексне ґрунтово-геоботанічне дослідження земель» (1938) Л.Г. Раменський так визначає предмет досліджень: «... з одного боку територія, земля, з іншого боку – рослини, тварини, мікроорганізми є основними природними факторами сільського господарства… Для обґрунтування заходів потрібен синтетичний підхід – необхідне вивчення ґрунтів, рослинності, водного балансу території, її мікроклімату і т. д., у їх взаємному зв'язку, у взаємодії, на тлі культурних режимів та перетворень. Синтетичне вивчення природних особливостей та життя території у перспективі її господарського використання та перетворення становить зміст виробничої типології земель. Методом типології земель є комплексне дослідження території...». Ці системні (агроландшафтні) підходи та традиції свято зберігаються та розвиваються у ВНДІ кормів.

На цих принципах сьогодні базується не лише школа геоботаніки ВНДІ кормів, лідером та засновником якої став Леонтій Григорович Раменський, на цих принципах базуються сучасне агроландшафтознавство та вчення про агроекосистеми – перспективні сучасні наукові напрями, що розвиваються на стику сільськогосподарської науки, геоботаніки, ландшафтознавства та екології.

Сучасні дослідження підтвердили, що збереження цінних сільськогосподарських земель та родючості ґрунтів можливе лише при створенні сприятливих умов для продуктивного довголіття агроландшафтів, ґрунтоутворення та розвитку ґрунтової біоти, забезпечення активної життєдіяльності основних ґрунтоутворювачів – багаторічних трав та мікроорганізмів.

Багаторічні трав'яні екосистеми виконують найважливіші продукційні, середоутворюючі та природоохоронні функції в агроландшафтах і значно впливають на екологічний стан території країни, сприяють збереженню та накопиченню органічної речовини в біосфері. Завдяки багаторічним травам, кормовиробництво, як жодна інша галузь сільського господарства, засноване на використанні природних сил, відтворюваних ресурсів (енергії сонця, агроландшафтів, земель, родючості ґрунтів, фотосинтезу трав, створення бульбочкових бактерій біологічного азоту з повітря).

Роль кормовиробництва і, перш за все, лугопасовищного господарства та культури багаторічних трав у сучасних умовах, з обмеженням фінансових та матеріальних ресурсів ще більше зростає. Вимоги збереження ґрунтової родючості, забезпечення продуктивності та стійкості сільськогосподарських земель, екологізації та охорони навколишнього середовища висувають на перший план біологізацію та адаптивну інтенсифікацію сільського господарства.

Пріоритетний розвиток кормовиробництва, яке нерозривно пов'язане з підвищенням стійкості агроландшафтів, орієнтує і на необхідність більш повного використання невичерпних природних ресурсів, що відтворюються, і «дарових сил природи» за рахунок біологізації та екологізації інтенсифікаційних процесів в агроекосистемах і агроландшафтах.

В основу сучасної системи управління та конструювання агроландшафтів покладено головний принцип єдності економіки та екології, гармонізації відносин людини та природи у процесі сільськогосподарського виробництва.

Стратегією адаптивного сільськогосподарського природокористування ХХІ століття є цілеспрямована оптимальна просторово-часова організація сучасних агроландшафтів, яка має бути найбільш адекватною їх природній структурі та динаміці.

В основу розробленої системи вивчення, управління та конструювання агроландшафтів покладено головний принцип єдності економіки та екології, гармонізації відносин людини та природи у процесі сільськогосподарського виробництва. Основним правилом збалансованої взаємодії Людини та Природи є збереження природних екосистем, цінних сільськогосподарських земель та родючості ґрунтів, що можливе лише при створенні сприятливих умов для функціонування агроландшафтів, забезпечення збалансованості продуктивних та протективних агроекосистем, активної життєдіяльності основних ґрунтоутворювачів – багаторічних трав ґрунтоутворення та розвитку ґрунтової біоти.

Регламентація проведення досліджень ґрунтів, атмосферного повітря та гідросфери при здійсненні інженерно-екологічних вишукувань, оцінки впливу проектованих об'єктів на навколишнє середовище та екологічного моніторингу щодо формалізована у вигляді будівельних правил (СП), державних стандартів (ГОСТ) та інших керівних документів. Під час проведення геоботанічних досліджень нині керівні документи відсутні. Традиційно вивчення рослинності для оцінки її стану включає кілька етапів. Перший - підготовчий етап - полягає в ознайомленні з природними умовами району робіт та всіма наявними опублікованими та фондовими матеріалами (дані Рослісгоспу, Мінсільгоспу, науково-дослідних та лісоупоряджувальних організацій). Він включає:

- збирання та аналіз картографічних матеріалів по району досліджень, екологічне дешифрування аерокосмічних матеріалів з використанням різних видів зйомок;
- Збір інформації про види та їх ареали, занесених до федеральних та регіональних списків Червоних книг, від уповноважених органів та за літературними джерелами;
- вивчення матеріалів лісоустрою, матеріалів системи підрозділів ГІПРОЗЕМ, матеріалів із земельних ділянок господарюючих суб'єктів;
- Вибір маршрутних напрямків, місць закладення пробних площ, екотопопрофілів (трансект);
- підготовка обладнання щодо польових досліджень.

Другий - польовий етап - включає:

- маршрутні рекогносцирувальні спостереження з покомпонентним описом рослинних угруповань і ландшафтів в цілому, характеристику стану наземних та водних екосистем, джерел та ознак впливу;
- закладення та роботу на пробних площах та на екотопопрофілях (трансектах) у змінних умовах;
- збір та роботу з гербарієм (сушіння, перекладка, визначення);
- Складання геоботанічних описів, ведення польових щоденників;
- відбір проб зразків фітоматеріалу на хіманаліз, продуктивність тощо.

Третій -камеральний етап- включає лабораторні дослідження та обробку зібраних даних.

Лабораторні дослідження - це первинна обробка гербарного матеріалу, підготовка зразків до аналізу (розбір компонентів, сушіння, подрібнення, рандомізація, зважування), проведення лабораторних аналізів.

Обробка даних включає:

- розгляд та оцінку польових та лабораторних аналізів;
- Складання геоботанічних карт;
- пропозиції щодо організації та проведення фітомоніторингу в умовах існуючого або передбачуваного рівня впливу, обґрунтування його доцільності стосовно виду впливу;
- Написання та захист звіту.

Для пов'язаного аналізу таких складно організованих даних, як просторові та функціональні характеристики наземних екосистем, перспективна обробка великого обсягу наземної та дистанційної інформації на основі ГІС [Корець, Рижкова, Барталев].

Залежно від цілей та завдань, а також від сезонних умов та особливостей району робіт, при вивченні рослинного покриву обирають польові геоботанічні методи або їх комбінації.

Маршрутні методи дослідження -клас методів, що характеризуються проведенням одноразових обліків по ходу маршруту (рекогносцювання або докладніші дослідження). Маршрутні дослідження можуть бути різними за масштабом (охоплювати як невеликі ділянки рослинності, так і значні області), за рівнем точності (спиратися як на суто візуальні оцінки, так і на точні методи обліку ролі видів у рослинних угрупованнях). В результаті маршрутних досліджень може бути отримана деяка інформація для побудови класифікації рослинності, геоботанічного картографування, оцінено зв'язок із рельєфом тощо.

Метод пробних площ (ПП) -дослідження фітоценозів шляхом збирання інформації про їх ознаки (покриття, проектну різноманітність видів, біомасу тощо) на пробних майданчиках різної форми та розмірів. Найбільш часто використовуваний метод вивчення рослинних угруповань і рослинного покриву в цілому, що є основним джерелом інформації для всіх видів геоботанічного дослідження (класифікації рослинності, ординації, геоботанічної індикації, вивчення структури фітоценозу).

Метод профілів -вивчення рослинності району на основі лінійної трансекти, що перетинає її у напрямку максимального варіювання досліджуваного фактора впливу (екологічного фактора, зміни рельєфу) (екотопопрофіль) або послаблення (посилення) порушень та впливу хімічного забруднення.

Стаціонарні методи дослідження -клас методів, що реалізуються в результаті багаторазового обліку тих самих ознак рослинності в тих самих точках. Стаціонарні дослідження можуть бути різними за тривалістю (від кількох днів до десятків років), вони проводяться, як правило, з використанням цілого арсеналу різних приладів та супроводжуються вивченням зміни параметрів середовища, тобто є екологічними. Їх результатом є інформація про екологічні взаємозв'язки та динаміку рослинності.

Експериментальні методи дослідження -клас методів, що реалізуються шляхом активного втручання у рослинність і середовище, що спостерігається. До таких методів належать, наприклад, вивчення впливу добрив на рослинність та середовище, створення штучних цінозів та моделювання фітоценотичних систем.

При інженерно-екологічних дослідженнях, як правило, обмежуються маршрутним методом у поєднанні з методом пробних площ для вивчення рослинності різного ступеня деталізації. При моніторингу стаціонарні площі закладаються на еколого-топографічному профілі в типових і рідкісних для даного району співтовариствах, а також у місцях проживання рідкісних видів, за популяціями яких необхідно вести спостереження (щорічно або з інтервалами, що визначаються цілями робіт). Використання стаціонарних та експериментальних методів дослідження є в основному прерогативою спеціалізованих наукових установ.

Для визначення галузі досліджень (обсягу необхідних робіт, кількості ключових ділянок), на підготовчому етапі визначаються розміри передбачуваного впливу на рослинний покрив, особливості поширення його від джерела впливу на основі «троянди вітрів» для даної місцевості та вибираються напрямки, вздовж яких закладається екопрофіль із пробними площадками, або ключові ділянки з обґрунтуванням їхньої репрезентативності щодо джерела впливу та поставлених завдань. Обсяг геоботанічних досліджень та програма моніторингу змін рослинного покриву при впливі об'єкта впливу (підприємства кольорової та чорної металургії, хімічної промисловості та ін.) можуть бути визначені за розмірами зони впливу як для об'єктів, що проектуються, так і для діючих. Зона впливу встановлюється по ізолінії з найбільшим радіусом віддалення джерела викидів, що визначає концентрацію забруднюючої речовини на рівні 0,05 ГДК. При локальному знищенні рослинного покриву, наприклад, розчищення майданчика під тимчасову споруду або під об'єкт при новому будівництві (або розширенні існуючого об'єкта при реконструкції) потрібен детальний геоботанічне опис рослинності, що знищується. У будь-якому випадку при виборі ключових ділянок із закладенням на них пробних площ потрібно не тільки враховувати фактор впливу, але й охоплювати соціально значущі об'єкти - зони рекреації, сільгоспугіддя, природні території, що особливо охороняються.

Оцінка екологічного впливу на рослинність виробляється шляхом порівняння п е того стану екосистем з їх станом до початку дії фактора (об'єкта) впливу. За відсутності відомостей про початкові параметри екосистем для порівняння вибираються ключові ділянки, що нс потрапляють у зону впливу фактора впливу, що вивчається, і є аналогічними по всіх параметрах індикуваним співтовариствам. По суті визначення вихідного стану з метою вибору значущих параметрів (індикаторів) для прогнозування змін є одним з етапів ОВНС, а також екологічного моніторингу.

Вибір репрезентативних фонових екосистем (еталонних ділянок) з подібними параметрами, що вивчаються, є окремим завданням. У деяких випадках використовуються літературні джерела, що містять характеристики регіональних (зональних) фітоценозів або дані стаціонарних спостережень у подібних умовах середовища. Критеріями репрезентативності фонової ключової ділянки є такі ознаки порівнюваних екосистем (фітоценозів):

- аналогічна найменша класифікаційна ландшафтна одиниця (урочище, фація);
- Лісорослинні умови (для лісових угруповань);
- тип елементарних ґрунтоутворювальних процесів;
- Тип фітоценозу;

розташування вище за течією водотоку та у подібних гідрологічних умовах (для гідрофітоценозів).

Такі характеристики, як єдність сукцесійної стадії, видовий склад за коефіцієнтом подібності-відмінності можуть бути трансформовані під впливом фактора впливу і виявитися нерепрезентативними.