Якуба Марина Станіславівна
кандидат біологічних наук, доцент
Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара
Україна, Дніпро
Анотація: досліджені особливості існування лісів Присамар’я Дніпровського, що відрізняються за видовим складом, структурою, екологічними особливостями та кількісними показниками розподілу, накопичення і розкладання органо-мінеральної речовини, показниками біокругообігу речовин, характеристиками підстилки та опаду і їх динамікою.
Ключові слова: степова зона, ліси, опад, лісова підстилка, кругообіг речовин.
Нині в усьому світі лісовій рослинності надається особлива роль провідного фактору стримання глобальних змін клімату та проявів опустелювання. Однією з основних стратегій з пом’якшення глобальних кліматичних змін шляхом видалення надлишкового двоокису вуглецю є запобігання знищенню лісів у комплексі з лісовідтворенням та збільшенням глобальної лісової площі (ADAFF) [1]. За Національним планом дій щодо боротьби з деградацією земель та опустелюванням (Затверджений розпорядженням Кабінету Міністрів України від 30 березня 2016 р. № 271-р) [8] одним з першочергових заходів на 2016-2020 рр. є «створення, відновлення та охорона лісів, у тому числі полезахисних лісових смуг та інших захисних насаджень, відповідно до науково обґрунтованих показників з урахуванням регіональних особливостей та природно-кліматичних умов, забезпечення лісовпорядкування, інвентаризації, обстеження, моніторингу та обліку».
Територія України характеризується незначною й нерівномірною лісистістю, що становить у середньому близько 15 %. Особливо гострою проблема лісодефіциту є для степової зони, де ліс перебуває у складних умовах екологічної невідповідності умовам зростання і загальна лісистість не перевищує 5 %. Частка штучних лісостанів степової зони України складає 85 – 100 % від загального обсягу. Зазначені факти обумовлюють потребу ефективних заходів спрямованих на розширене відтворення існуючих лісів та створення нових стійких лісових угруповань у степовій зоні України. Сучасна частка лісів, як і їх якість, недостатня ні з огляду на біотичні показники, ні з огляду на ємність їх ресурсів.
За рахунок проведення заходів із заліснення виснажених сільськогосподарських земель, шахтних виробок, кар’єрів та неугідь лісистість України збільшується, але проблеми створення штучних лісових біогеоценозів у степовій зоні і підвищення їх продуктивності та покращення стану існуючих лісів залишаються актуальними.
У Дніпровському національному університеті комплексні моніторингові дослідження стану природних та штучних лісових екосистем степової зони регулярно та всебічно проводяться з часу створення у 1968 році професором О. Л. Бельгардом Комплексної експедиції по дослідженню лісів степової зони України.
Відомо, що структура і склад рослинності степової зони визначається комплексом екологічних умов. Характерними для Степового Придніпров’я є різнотравно-бородачево-ковилеві степи, однак, у межах району дослідження зустрічаються природні лісові угруповання, що зростають переважно в балках (байрачні дубові ліси), у заплавіах річок (заплавні ліси) та на піщаних терасах (соснові ліси). Поряд з природними лісами поширені штучні лісові насадження у вигляді великих масивів і захисних смуг меліоративного, рекреаційного і господарського призначення.
З метою виявлення особливостей функціонування лісів у степовій зони були досліджені природні та штучні біогеоценози Присамар’я Дніпровського, що відрізняються за видовим складом, структурою, екологічними особливостями та кількісними показниками розподілу, накопичення і розкладання органо-мінеральної речовини, показниками біокругообігу речовин, характеристиками підстилки та опаду і їх динамікою. Середньобагаторічні запаси підстилки у степовому, типовому для регіону дослідження, біогеоценозі дорівнювали 20,28 ± 2,02 ц/га, у природних лісах коливалися в межах від 87,37 ± 5,95 до 260,81 ± 19,47 ц/га. У штучних лісах запаси підстилки становили від 114,30 ± 7,0 до 212,50 ± 8,97 ц/га.
Запаси опаду у природних лісах Присамар’я коливалися від 22,12 ± 2,23 ц/га у сухому бору на арені до 28,20 ± 4,6 ц/га у заплавній липово-ясеневій діброві і у природних екосистемах були менші порівняно зі штучними лісонасадженнями, де кількість опаду дорівнювала від 30,70 ± 2,35 (насадження білої акації сухуватого типу зволоження) до 68,23 ± 8,71 ц/га (дубове насадження). На степовій ділянці запаси опаду становили 16,37 ± 1,7 ц/га. Надходження опаду протягом року відбувалося нерівномірно, в усіх екосистемах максимум відмерлої речовини (від 5,2 ± 1,0 до 23,6 ± 5,9 ц/га) надходило до опаду у листопаді, виключення становив сухуватий бір, де максимум надходження припадав на серпень.
Для оцінки інтенсивності та напряму біокругообігу речовин у екосистемах у роботі було використано індекс інтенсивності кургообігу або опадо-підстилковий коефіцієнт (ОПК) [3], величина якого свідчить про життєвість та ступінь стійкості лісу. Збільшення показника ОПК означає гальмування кругообігу речовин у лісових екосистемах в умовах степу та напрям розвитку екосистеми у бік сильватизації. Типи кругообігів визначені за шкалою числових показників біокругообігу органо-мінеральних речовин [4].
У природних біогеоценозах Присамар’я Дніпровського ОПК коливалися в межах 1,24-11,79. За величинами індексу інтенсивності кругообігу органо-мінеральних речовин, значення якого свідчить про стан угруповання, досліджені природні екосистеми Присамар’я Дніпровського розташовувалися у такий ряд зростання: степова ділянка (1,24) < свіжувата липово-ясенева діброва (3,27) < свіжа липово-ясенева діброва (4,30) < заплавна липово-ясенева діброва (8,14) < свіжа субір (9,42) < сухуватий бір (11,79).
За значеннями ОПК у природних біогеоценозах виявлено два типи кругообігу органо-мінеральних речовин: інтенсивний – на ділянці степу та у різному ступені загальмований, у лісових біогеоценозах. У штучних біогеоценозах відмічено загальмований тип кругообігу органо-мінеральних речовин з індексами інтенсивності від 3,79 до 4,49. Отримані у роботі величини ОПК органо-мінеральних речовин свідчать про тенденцію напрямку розвитку природних та штучних деревних угруповань за лісовим типом та ділянки степу – за степовим.
За інтенсивністю кругообігу зольних речовин у досліджуваних біогеоценозах виділено два типи кругообігу: загальмований та дуже загальмований. Кругообіг зольних елементів степової цілини визначено, як загальмований, ОПК = 1,66 ± 0,4, бал 6.
У природних лісах Присамар’я Дніпровського індекси інтенсивності кругообігу коливаються в межах 5,54 ± 1,3 – 12,49 ± 3,0; типи кругообігів – дуже загальмовані (бал 4-6). У штучних лісових насадженнях мають місце загальмовані кругообіги зольних елементів, показники ОПК коливаються в межах від 2,53 ± 1,37 (дубове насадження на плакорі) до 5,50 ± 2,1 (білоакацієве насадження на пристіні свіжуватого типу зволоження). Значне гальмування кругообігу зольних елементів у штучних лісах в умовах степової зони, а особливо екосистем, що перебувають в умовах антропо-техногенного тиску є небажаним явищем, оскільки тривале вилучення з кругообігу хімічних елементів необхідних для нормального функціонування рослин може привести до негативних змін у стані окремих рослинних видів і екосистеми в цілому.
Запаси підстилки у біогеоценозах у весняно-осінній період змінювались нерівномірно. Мінімальна швидкість розкладання підстилки зафіксована у степовому біогеоценозі (частка розкладеної підстилки з травня по вересень – 20 %). У природних лісах відсоток зменшення мортмаси з травня до вересня коливався від 26,93 до 56,96 %. У штучних лісових біогеоценозах Присамар’я Дніпровського запаси підстилки у весняно-осінній період зменшувалися швидко, про що свідчать високі відсотки (60,25 – 73,28) розкладеної підстилки. Це явище пояснюється сукупною дією певних кліматичних факторів у штучних насадженнях, наприклад більшою кількістю сонячної радіації, що потрапляє під полог лісу у штучних біогеоценозах порівняно з природними [5]. У степу запаси калдану з травня по вересень зменшилися на 73,3 %.
Річне надходження опаду у досліджуваних біогеоценозах відбувалося нерівномірно. Найбільше опаду у екосистемах як правило утворювалося у листопаді. У степовому біогеоценозі у листопаді надходило 43,44 % від річної кількості опаду, у природних лісах від 16,14 (свіжа субір) до 76,01 (пристінна свіжувата липово-ясенева діброва). У хвойних угрупованнях, за рахунок цілорічного опадання хвої та поступового її надходження протягом року, відмічені менш значні, порівняно з листяними лісами, піки надходження опаду у листопаді та значні – у червні. У штучних лісах Присамар’я надходження опаду у листопаді становило від 63,84 до 78,15 % від річної кількості.
Потужність підстилки зменшувался з червня по вересень. У природних лісах вона варіювала у червні від 3,7 ± 0,41 до 2,85 ± 0,36, у вересні – від 2,70 ± 0,27 до 2,42 ± 0,26 см, найпотужніший шар підстилки у червні та вересні відмічено у сухому бору. У штучних лісах у червні цей показник коливався від 2,85 ± 0,17 до 3,40 ± 0,21 см; у вересні – від 1,91±0,28 до 3,0±0,21 см.
Зольність опаду степової ділянки вища (32,379,27), від цього показника у природних лісах (18,37 ± 5,68 – 27,12 ± 6,26 %) та штучних насадженнях Присамар’я Дніпровського (21,12 ± 2,82 – 26,75 ± 7,09 %). Вища зольність степового калдану порівняно з зольністю підстилок лісових екосистем пов’язана з особливостями хімічного складу рослин. Зольність підстилки усіх досліджуваних біогеоценозів вища ніж зольность опаду. У хвойних лісах відмічена вища зольність підстилок ніж у листяних. Підрахунки запасів зольних елементів опаду та підстилок досліджуваних екосистем показали, що у степовому опаді їх накопичується 5,3, а у підстилці з травня по вересень – 7,9 ц/га.
ОПК мінеральних речовин свідчать про те, що в умовах степової зони кругообіг мінеральних речовин здійснюється за двома типами: інтенсивний у степовому біогеоценозі та у різному ступені загальмований у лісових екосистемах, причому у природних та штучних лісах Присамар’я ОПК мінеральних речовин варіював від 2,53 ± 1,37 до 12,49 ± 3,0.
Результати дослідження особливостей біокругообігу лісових біогеоценозів степової зони можуть бути використані у розробці систем показників стійкості лісів до впливу факторів довкілля, а також таких, які визначають екологічну та пертинентну роль лісових угруповань степової зони України і демонструють сучасний стан лісових екосистем, та напрям їх розвитку.
Література:
1. Krause, A. Global consequences of afforestation and bioenergy cultivation on ecosystem service indicators / A. Krause, Thomas A. M. Pugh, A. D. Bayer, J. C. Doelman et all. // Biogeosciences. 2017. Vol. 14. – P. 4829–4850;
2. Національний план дій щодо боротьби з деградацією земель та опустелюванням. Затверджений розпорядженням Кабінету Міністрів України від 30 березня 2016 р. № 271-р. [Електронний ресурс]: Режим доступу: http://zakon3.rada.gov.ua/laws/show/271-2016-%D1%80
3. Родин Л. Е. Динамика органического вещества и биологический круговорот в основных типах растительности / Л. Е. Родин, Н. И. Базилевич– М.-Л.: Наука, 1965. – 168 с.
4. Родин Л.Е. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фітоценозах / Л. Е. Родин, Н. П. Ремезов, Н. И. Базилевич– Л.: Наука, 1968. – 144 с.
5. Цвєткова Н. М. Біокругообіг речовин у біогеоценозах Присамар’я Дніпровського: навч. посіб. / Н. М. Цвєткова, М. С. Якуба. – Д.: РВВ ДНУ, 2008. – 112 с.
