Флористические и геоботанические исследования. Лаборатория геоботаники и агроэкологии Фитоценоз и геоботанические исследования

Регламентация проведения исследований почв, атмосферного воздуха и гидросферы при осуществлении инженерноэкологических изысканий, оценки воздействия проектируемых объектов на окружающую среду и экологического мониторинга относительно формализована в виде строительных правил (СП), государственных стандартов (ГОСТ) и других руководящих документов. При проведении геоботанических исследований в настоящее время руководящие документы отсутствуют. Традиционно изучение растительности с целью оценки ее состояния включает несколько этапов. Первый - подготовительный этап - заключается в ознакомлении с природными условиями района работ и всеми имеющимися опубликованными и фондовыми материалами (данные Рослесхоза, Минсельхоза, научно-исследовательских и лесоустроительных организаций). Он включает:

• - сбор и анализ картографических материалов по району ис- следований, экологическое дешифрирование аэрокосмических материалов с использованием различных видов съемок;
• - сбор информации о видах и их ареалах, занесенных в федеральные и региональные списки Красных книг, от уполномоченных органов и по литературным источникам;
• - изучение материалов лесоустройства, материалов системы подразделений ГИПРОЗЕМ, материалов по земельным участкам хозяйствующих субъектов;
• - выбор маршрутных направлений, мест заложения пробных площадей, экотопопрофилей (трансект);
• - подготовка оборудования для проведения полевых исследований.

Второй - полевой этап -включает:

• - маршрутные рекогносцировочные наблюдения с покомпонентным описанием растительных сообществ и ландшафтов в целом, характеристику состояния наземных и водных экосистем, источников и признаков воздействия;
• - заложение и работу на пробных площадях и на экотопопро- филях (трансектах) в изменяющихся условиях;
• - сбор и работу с гербарием (сушка, перекладка, определение);
• - составление геоботанических описаний, ведение полевых дневников;
• - отбор проб образцов фитоматериала на химанализ, продуктивность и т. д.

Третий -камеральный этап- включает лабораторные исследования и обработку собранных данных.

Лабораторные исследования - это первичная обработка гербарного материала, подготовка образцов к анализу (разбор по компонентам, сушка, измельчение, рандомизация, взвешивание), проведение лабораторных анализов.

Обработка данных включает:

• - рассмотрение и оценку полевых и лабораторных анализов;
• - составление геоботанических карт;
• - предложения по организации и проведению фитомониторинга в условиях существующего или предполагаемого уровня воздействия, обоснование его целесообразности применительно к виду воздействия;
• - написание и защиту отчета.

Для сопряженного анализа таких сложно организованных данных, как пространственные и функциональные характеристики наземных экосистем, перспективна обработка большого объема наземной и дистанционной информации на основе ГИС [Корец, Рыжкова, Барталев].

В зависимости от целей и задач, а также от сезонных условий и особенностей района работ, при изучении растительного покрова выбирают полевые геоботанические методы или их комбинации.

Маршрутные методы исследования - класс методов, которые характеризуются проведением однократных учетов по ходу маршрута (рекогносцировка или более подробные исследования). Маршрутные исследования могут быть разными по масштабу (охватывать как небольшие участки растительности, так и значительные области), по степени точности (опираться как на чисто визуальные оценки, так и на точные методы учета роли видов в растительных сообществах). В результате маршрутных исследований может быть получена некоторая информация для построения классификации растительности, геоботанического картографирования, оценена связь с рельефом и т. д.

Метод пробных площадей (ПП) - исследование фитоценозов путем сбора информации об их признаках (покрытии, проективном обилии видов, биомассе и пр.) на пробных площадках разной формы и размеров. Наиболее часто используемый метод изучения растительных сообществ и растительного покрова в целом, являющийся основным источником информации для всех видов геоботанического исследования (классификации растительности, ординации, геоботанической индикации, изучения структуры фитоценоза).

Метод профилей - изучение растительности района на основе линейной трансекты, пересекающей ее в направлении максимального варьирования изучаемого фактора воздействия (экологического фактора, изменения рельефа) (экотопопрофиль) или ослабения (усиления) нарушений и воздействия химического загрязнения.

Стационарные методы исследования - класс методов, которые реализуются в результате многократного учета одних и тех же признаков растительности в одних и тех же точках. Стационарные исследования могут быть разными по длительности (от нескольких дней до десятков лет), они проводятся, как правило, с использованием целого арсенала различных приборов и сопровождаются изучением изменения параметров среды, т. е. являются экологическими. Их результатом является информация об экологических взаимосвязях и динамике растительности.

Экспериментальные методы исследования - класс методов, которые реализуются путем активного вмешательства в наблюдаемую растительность и среду. К таким методам относятся, например, изучение влияния удобрений на растительность и среду, создание искусственных ценозов и моделирование фитоценоти- ческих систем.

При инженерно-экологических изысканиях, как правило, ограничиваются маршрутным методом в сочетании с методом пробных площадей для изучения растительности разной степени детализации. При мониторинге стационарные площади закладываются на эколого-топографическом профиле в типичных и редких для данного района сообществах, а также в местах обитания редких видов, за популяциями которых необходимо вести наблюдения (ежегодно или с интервалами, определяемыми целями работ). Использование стационарных и экспериментальных методов исследования является в основном прерогативой специализированных научных учреждений.

Для определения области исследований (объема необходимых работ, количества ключевых участков), на подготовительном этапе определяются размеры предполагаемого воздействия на растительный покров, особенности распространения его от источника воздействия на основе «розы ветров» для данной местности и выбираются направления, вдоль которых закладывается экопрофиль с пробными площадками, или ключевые участки с обоснованием их репрезентативности в отношении источника воздействия и поставленных задач. Объем геоботанических исследований и программа мониторинга изменений растительного покрова при влиянии объекта воздействия (предприятия цветной и черной металлургии, химической промышленности и др.) могут быть определены по размерам зоны влияния как для проектируемых объектов, так и для действующих. Зона влияния устанавливается по изолинии с наибольшим радиусом удаления от источника выбросов, определяющей концентрацию загрязняющего вещества на уровне 0,05 ПДК. При локальном уничтожении растительного покрова, например, расчистке площадки под временное сооружение или под объект при новом строительстве (или расширении существующего объекта при реконструкции) требуется подробное геоботаническое описание уничтожаемой растительности. В любом случае при выборе ключевых участков с заложением на них пробных площадей нужно не только учитывать фактор воздействия, но и охватывать социально значимые объекты - зоны рекреации, сельхозугодья, особо охраняемые природные территории.

Оценка экологического воздействия на растительность производится путем сравнения т е к у щ е г о состояния экосистем с их состоянием до начала действия фактора (объекта) воздействия. При отсутствии сведений о первоначальных параметрах экосистем для сравнения выбираются ключевые участки, нс попадающие в зону влияния изучаемого фактора воздействия и являющиеся аналогичными по всем параметрам индицируемым сообществам. По существу, определение исходного состояния с целью выбора значимых параметров (индикаторов) для прогнозирования изменений является одним из этапов ОВОС, а также экологического мониторинга.

Выбор репрезентативных фоновых экосистем (эталонных участков) со сходными с изучаемыми параметрами является отдельной задачей. В некоторых случаях используются литературные источники, содержащие характеристики региональных (зональных) фитоценозов или данные стационарных наблюдений в сходных условиях среды. Критериями репрезентативности фонового ключевого участка являются следующие признаки сравниваемых экосистем (фитоценозов):

• - аналогичная наименьшая классификационная ландшафтная единица (урочище, фация);
• - лесорастительные условия (для лесных сообществ);
• - тип элементарных почвообразовательных процессов;
• - тип фитоценоза;

расположение выше по течению водотока и в сходных гидрологических условиях (для гидрофитоценозов).

Такие характеристики, как единство сукцессионной стадии, видовой состав по коэффициенту сходства-различия могут быть трансформированы под воздействием фактора воздействия и оказаться нерепрезентати вн ы м и.

Для физико-географа и геоэколога объектом исследования в большинстве случаев являются не отдельные компоненты и процессы, а объективно существующие природные территориальные комплексы (ПТК), геосистемы, большие и малые, со всем многообразием их внутреннего строения, с их взаимосвязями и динамикой; а если же компоненты и процессы, то только как составные части, состояния, свойства ПТК .

Изучение ПТК, начиная от иерархического уровня фаций и выше, предполагает описание каждого из его компонентов и элементов – геологического строения, почвенного покрова, рельефа, микроклимата, растительности, протекающих в них физических процессов, латеральных и радиальных геохимических потоков и т. д. Методы исследования этих объектов разработаны соотвествующими географическими и биологическиими науками – геоморфологией, почвоведением, геохимией ландшафта, геофизикой ландшафта и т. д. Задачей физико-географа, таким образом, становится применение методологического аппарата различных частных дисциплин для комплексного всестороннего описания территориальных систем, являющихся непосредственным объектом исследования. Одним из наиболее важных для описания компонентов ПТК является растительность, представленная конкретными фитоценозами.

Фитоценоз находится в неразрывном единстве с другими компонентами природной среды на данном участке территории – компонентами литосферы, атмосферы, гидросферы и животным миром, в совокупности образующими природно-территориальный комплекс – единый Вычленение фитоценоза из экосистемы и, шире, ПТК и геосистемы условно, но целесообразно, так как степень сложности этой подсистемы такова, что для её характеристики нужна специальная наука со своими методами и специалистами. Фитоценоз – не только автотрофный блок ПТК, накопитель первичной продукции, которая далее растекается по трофическим цепям, но это ещё и индикатор местообитания, который позволяет исходя из своего состава прогнозировать и количество различных абиотических ресурсов, и характер гетеротрофных компонентов сообщества. Изучая динамику фитоценоза, мы тем самым изучаем и динамику экосистемы, изучая распределение фитоценозов в пространстве – пространственные закономерности экосистем .

Наукой, методологическим аппаратом которой пользуются при полевых физико-географических исследованиях для изучения растительного компонента геосистемы, является геоботаника. Уже по названию этой науки («гео» – земля) можно догадаться, что она изучает связь между растениями и территорией, то есть находится на стыке биологических и географических наук. Однако существует очень большое число направлений, изучающих те или иные вопросы взаимосвязи организмов вообще и растений в частности со средой их обитания, с территорией их произрастания. Что же изучает конкретно геоботаника и в чём её отличие?

Ключевым понятием при изучении географического распространения растений является флора . Флора – это совокупность всех видов, родов, семейств и т. д. растений в пределах конкретной территории. Например, можно говорить о флоре Евразии (совокупности всех видов растений Евразии), флоре Белоруссии, флоре Речицкого района, флоре пустыни Сахары и так далее. Например, во флоре Белоруссии насчитывается около 12 тысяч растений и грибов, из них около 3,5 тысяч высших растений.

Однако, в пределах каждой из этих территорий могут быть совершенно различные природные условия – например, в пределах Речицкого района есть болота, леса, пашни, луга, водоёмы. Набор растений там абсолютно различен: в естественном лесу нельзя встретить виды растений, которые во множестве растут на лугах и наоборот. Также различные виды растений растут в различных типах леса – в сосновом лесе одни, в дубовом другие. То есть все растения растут не случайным образом, а каждое растение растёт в конкретных природных условиях.

Соответственно, для каждого типа местообитаний, характеризующегося конкретными экологическими условиями (определённым режимом увлажнения, температурой, почвами, влажностью, уровнем грунтовых вод и большим числом других показателей) характерен свой относительно постоянный набор растений. Такие типы местообитаний существуют сотни, тысячи, десятки и сотни тысяч лет. За это длительное время этот набор видов приспособился, в результате длительного подбора, к совместному существованию в определенных условия внешней среды. Таким образом, можно сказать, что для каждого местообитания характерно своё растительное сообщество, состоящее из растений, приспособившихся к существованию друг с другом в конкретных условиях. Такие растительные сообщества называются фитоценозами . Классическое определение фитоценоза, данное советским учёным В.Н.Сукачевым, гласит: «Под фитоценозом (растительным сообществом) надлежит понимать всякую совокупность растений на данном участке территории, находящуюся в состоянии взаимозависимости и характеризующуюся как определенным составом и строением, так и определенным взаимоотношением со средой ».

Понимание фитоценоза, как объективно существующего в природе объекта, имеющего естественные границы, было характерно для начальных этапов развития геоботаники. Согласно данной концепции, растительный покров Земли представляет собой совокупность конечного числа дискретных фитоценозов, отделённых друг от друга реально существующими границами, которые однозначно возможно найти в природе. Такая концепция была построена на явных и неявных аналогиях растительного сообщества с организмом. Её сторонниками были Ф. Клементс, В.Н. Сукачёв и большинство других геоботаников первой половины ХХ века.

Начиная с 1960-х годов на смену этой концепции пришла другая – концепция растительного континуума. Её основное положение заключается в том, что растительный покров Земли непрерывен (то есть континуален), и растительные сообщества непрерывно и постепенно переходят одно в другое вместе с постепенной сменой условий обитания. Таким образом, любое вычленение из непрерывного растительного покрова каких-то отдельных сообществ, фитоценозов, априори условно, и, таким образом, фитоценозы являются не объективно существующими в природе, а условно выделенные исследователем из растительного континуума участки на относительно однородной территории; невозможно также и провести объективные границы между фитоценозами.

Фитоценотический континуум, то есть свойство растительных сообществ переходить друг в друга постепенно, был открыт в 1910 году одновременно Л. Г. Раменским (Россия) и Г. Глизоном (США), однако данная идея до середины ХХ века не получала широкой поддержки научного сообщества, что было связано как с неподготовленностью научного сообщества, которое рассматривало растительное сообщество как аналог организма, к восприятию идей континуума, так и с колоссальным авторитетом стоящих на позициях первой концепции ведущих геоботаников того времени.

Рисунок 1 – Гипотетические распределения популяций видов по градиенту среды (по Р. Уиттекеру ): А – в представлении сторонников дискретности растительности, Б – в представлении сторонников континуализма

Концепция континуума основывается на индивидуалистической гипотезе, сущность которой заключается в том, что каждый вид специфичен по своим отношениям к внешней среде и имеет экологическую амплитуду, не совпадающую полностью с амплитудами других видов (т.е. каждый вид распределен «индивидуалистически»). Каждое сообщество образуют виды, экологические амплитуды которых перекрываются в данных условиях среды. При изменении какого-либо фактора или группы факторов постепенно уменьшают обилие и исчезают одни виды, появляются и увеличивают обилие другие виды, и таким путем осуществляется переход от одного типа растительных сообществ к другому. Вследствие специфичности (индивидуальности) экологических амплитуд видов эти изменения происходят не синхронно, и при постепенном изменении среды растительность меняется также постепенно. На рисунках 1 и 2 показаны теоретические представления сторонников двух концепций о распределении популяций видов в по градиенту среды и действительные результаты исследования такого распределения.

Такие разные понимания сущности фитоценоза, несмотря на кажущийся лишь теоретический интерес, влекут за собой приницпиально разные подходы к методологии и методике изучения растительности. Например, при первом подходе принималось возможным составление естественной классификации растительности на основе сходства факторов (в первую очередь, эдификаторов), определяющих внутреннюю однородность сообществ, таким образом, исследования, направленные на разработку такой классификации полагались перспективными, приносящими научную и практическую ценность.

Рисунок 2 – Действительное распределение популяций видов по градиенту среды (влажности) в горах Сискийу (верхний график) и в горах Сента-Каталина (нижний график) (по Р. Уиттекеру )

При втором подходе естественная классификация растительности признавалась невозможной (в силу условности самих объектов классификации и многомерности континуума растительности), следовательно, попытки создать естественную систему классификации заранее бесперспективны, а сами исследования по классификации растительности должны идти в совершенно ином направлении. Кроме того, второй подход обусловил включение и самое широкое развитие в качестве важного элемента геоботанического исследования статистические методы анализа растительности, так как при отсутствии в природе дискретных фитоценозов сходных настолько, насколько сходны особи внутри одной популяции, их характеристика возможна только путём усреднения разнообразия объектов внутри условно заданных границ неоднородности . Разное понимание природы фитоценоза обусловило также различное понимание закономерностей структуры и динамики фитоценозов и, следовательно, различные подходы и методы к их изучению.

Тем не менее, сторонники континуализма не отказались от самого термина «фитоценоз» и фитоценоза, как основного объекта изучения геоботаники, но наполнили его новым содержанием. Так, Б.М. Миркин предложил прагматическую трактовку фитоценоза: фитоценоз – это условно отграниченный и однородный (на глаз) контур растительности, часть фитоценотического континуума, совокупность популяций растений, связанных условиями местообитания и взаимоотношениями в фитоценоза в пределах более или менее однородного комплекса факторов среды или экотопа . Таким образом, в отличие от приведённого выше определения В.Н. Сукачёва, основанием для выделения фитоценоза в данном случае служит не взаимозависимость совокупности растений и не определённые взаимоотношения её со средой, а её известная однородность, обусловленная большей или меньшей степенью однородности совокупности факторов среды.

Размеры фитоценозов могут быть самыми различными, в зависимости от размеров участка земной поверхности с относительно однородными условиями. Фитоценозы, то есть растительные сообщества, и являются объектом изучения геоботаники. Совокупность этих растительных сообществ на определённой территории называется растительным покровом, или растительностью . Таким образом, геоботаника – это наука о растительном покрове Земли, как совокупности растительных сообществ (фитоценозов) . Синонимом геоботаники является фитоценология.

Необходимо чётко понимать отличия между понятиями «флора» и «растительность». Флора, как указано выше, это исторически сложившаяся совокупность видов растений на определённой территории (объединённых в рода, семейства и т. д.).

Растительность – это совокупность фитоценозов, то есть растительных сообществ на определённой территории (объединённых в ассоциации, союзы, порядки и другие единицы их классофикации). Именно последняя и являются объектом изучения геоботаники.

Геоботаника может рассматриваться как наука на стыке ботаники, экологии и географии. Экология изучает взаимоотношения организмов с окружающей средой, а фитоценозы как раз сформировались именно под воздействием окружающей среды. Известный геоботаник Б.М. Миркин назвал геоботанику служанкой экологии, так как первая работает на последнюю . Наконец, фитоценология связана с целым комплексом географических наук – с физической географией, метеорологией, гидрологией, климатологией, почвоведением, поскольку фитоценозы в своём составе и строении существенно зависят от внешней среды и сами оказывают на неё глубокое воздействие. Кроме того, геоботаника тесно связана также с рядом агрономических дисциплин – с луговодством, лесоводством и пр.

Как мы видим, геоботаника является важным звеном экологических исследований. Значительная (если не большая) часть современных экологических исследований связаны именно с изучением растительных сообществ. Это связано с тем, что, во-первых, растительность есть практически везде. Во-вторых, структура и состав растительных сообществ чётко и ясно виден без каких-либо приборов или сложных методов исследования. В-третьих, растительные сообщества неподвижны, поэтому чётко отражают пространственное изменение условий среды, в некоторых случаях можно обнаружить чёткие границы. В-четвёртых, длительность жизни многих растений (особенно древесных), наличие семян в почве позволяют определить прошлые состояния фитоценозов, а следовательно, и условия среды в которых они существовали. Если условия внешней среды изменились, то одно сообщество сменит другое, однако переходный период может длится десятки и сотни лет, и пока через этот длительный промежуток времени одно сообщество полностью не сменит другое, всегда можно определить, что тут было раньше, какое сообщество и, соответственно, какие условия. В пятых, растительность является ведущим по отношению к животному миру компонентом природы. Поэтому даже в сугубо зоологических исследованиях без изучения тех растительных сообществ, которые населяют изучаемые организмы, без подробного изучения их состава, динамики и истории формирования, невозможно в полной мере сделать вывод о факторах формирования той или иной совокупности животных, особенностях их существования и взаимоотношения с окружающей средой.

Структуру геоботанической науки включает ряд разделов:

1. Общая геоботаника

1.1 Структурная геоботаника (синморфология – учение о структуре растительных сообществ)

1.2 Динамическая геоботаника (синдинамика – учение об изменении, развитии и эволюции растительных сообществ).

1.3 Классификация растительности (синтаксономия)

2. Специальная геоботаника (комплекс дисциплин, изучающих отдельные типы растительности): лесоведение, луговедение, тундроведение, болотоведение, урбофитоценология, агрофитоценология, гидроботаника и др.

3. Прикладная геоботаника.

3.1 Индикационная геоботаника

3.2 Геоботаническое районирование и картографирование

Заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник, доктор географических наук - И. А. Трофимов

Ведущий научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук - Л. С. Трофимова

Старший научный сотрудник - Е. П. Яковлева

Лаборант-исследователь - Е. В. Клименко

Консультант,доктор биологических наук, академик РАН - И. В. Савченко

Комплексные геоботанические исследования

Комплексные геоботанические исследования во ВНИИ кормов им. В. Р. Вильямса - крупнейшем научно-методическом, исследовательском и интеллектуальном центре по кормопроизводству России, имеют свою богатейшую, более чем вековую историю.

В основе решения проблем увеличения адаптивности, устойчивости и экономической эффективности кормовых угодий лежит их глубокое комплексное геоботаническое изучение. Основоположники отечественного луговедения - В. Р. Вильямс, А. М. Дмитриев, Л. Г. Раменский, И. В. Ларин, Т. А. Работнов считали геоботаническое изучение и оценку природных кормовых угодий «необходимой составной частью работ по лугопастбищному хозяйству».

Принципиальными особенностями научной школы геоботаники ВНИИ кормов является изучение растительности во взаимосвязи со средой и ее оценка в кормовом отношении.

Основные направления деятельности научной школы геоботаники института осуществляются по разным направлениям. Развитие теоретических и методологических основ, принципов и методов комплексного (синтетического) фитотопоэкологического подхода к оценке природных кормовых угодий, сельскохозяйственных земель, агроэкосистем и агроландшафтов с использованием наземных и дистанционных данных. Комплексное геоботаническое изучение и оценка, классификация, картографирование, районирование, мониторинг природных кормовых угодий России, кормовая характеристика растений сенокосов и пастбищ и кормовых ресурсов изучаемых территорий, теоретическое обоснование систем их улучшения и рационального использования, приемов управления продукционными, средообразующими и природоохранными функциями агроэкосистем и агроландшафтов.

Геоботаническое изучение и оценка природных кормовых угодий в институте начались с началом организации в 1912 г. показательного лугового хозяйства при высших курсах по луговодству Московского сельскохозяйственного института. На базе этого хозяйства в 1917 г. была создана станция, в 1922 г. - Государственный луговой институт, в 1930 г. - Всесоюзный, а в 1992 г. - Всероссийский научно-исследовательский институт кормов.

Наблюдение растений в природе и их гербаризация с самого начала стали неотъемлемой частью системы изучения лугов в Государственном луговом институте. Первые коллекции Гербария слагались в основном из сборов на экскурсиях по Подмосковью и соседним областям. Подробнее о Гербарии можно прочитать .

В настоящее время коллективом лаборатории (И.А. Трофимов, Л.С. Трофимова, Е.П. Яковлева, И.В. Савченко, Е.В. Клименко) разрабатывается агроландшафтно-экологическое районирование природных кормовых угодий России.

Л.Г. Раменский, также как В.В. Докучаев и В.Р. Вильямс, пришел к убеждению, что растительное сообщество является частью более сложных систем - биоценоза и биогеоценоза, земель и агроландшафтов. Это положение нашло наиболее полное отражение в его учении о типах земель.

В своей работе «Классификация земель по их растительному покрову» Л.Г. Раменский указывал, что нужны не классификации растительности, почв, местообитаний и пр., разрозненные и лишь механически друг на друга накладываемые, нужна фитотопоэкологическая классификация земель во всем многообразии и единстве их комплексной характеристики. Эта классификация типов земель (биогеоценозов, агроландшафтов, агроэкосистем) является комплексной фитотопоэкологической, необходимой для применения в прикладных целях. По своей сути классификация природных кормовых угодий Л.Г. Раменского является классификацией типов земель, агроэкосистем или агроландшафтов.

С неослабеваемой энергией Л.Г. Раменский выступал за комплексное изучение земель. Он опубликовал очень ценное основополагающее в теоретическом, методическом и практическом отношениях руководство по комплексному изучению земель, представляющее собой основы синтетического учения о природно-хозяйственных типах земель. Это направление работ Л.Г. Раменского заложило основы создания современного учения об агрогеосистемах и агроландшафтах.

В своей работе «Введение в комплексное почвенно-геоботаническое исследование земель» (1938) Л.Г. Раменский так определяет предмет исследований: «... с одной стороны территория, земля, с другой стороны - растения, животные, микроорганизмы являются основными природными факторами сельского хозяйства... Для обоснования мероприятий нужен синтетический подход - необходимо изучение почв, растительности, водного баланса территории, ее микроклимата и т. д., в их взаимной связи, во взаимодействии, на фоне культурных режимов и преобразований. Синтетическое изучение природных особенностей и жизни территории в перспективе ее хозяйственного использования и преобразования составляет содержание производственной типологии земель. Методом типологии земель является комплексное исследование территории...». Эти системные (агроландшафтные) подходы и традиции свято хранятся и развиваются во ВНИИ кормов.

На этих принципах сегодня базируется не только школа геоботаники ВНИИ кормов, лидером и основателем которой стал Леонтий Григорьевич Раменский, на этих принципах базируются современное агроландшафтоведение и учение об агроэкосистемах - перспективные современные научные направления, развивающиеся на стыке сельскохозяйственной науки, геоботаники, ландшафтоведения и экологии.

Современные исследования подтвердили, что сохранение ценных сельскохозяйственных земель и плодородия почв возможно только при создании благоприятных условий для продуктивного долголетия агроландшафтов, почвообразования и развития почвенной биоты, обеспечения активной жизнедеятельности основных почвообразователей - многолетних трав и микроорганизмов.

Многолетние травяные экосистемы выполняют важнейшие продукционные, средообразующие и природоохранные функции в агроландшафтах и оказывают значительное влияние на экологическое состояние территории страны, способствуют сохранению и накоплению органического вещества в биосфере. Благодаря многолетним травам, кормопроизводство, как никакая другая отрасль сельского хозяйства, основано на использовании природных сил, воспроизводимых ресурсов (энергии солнца, агроландшафтов, земель, плодородия почв, фотосинтеза трав, создания клубеньковыми бактериями биологического азота из воздуха).

Роль кормопроизводства и, прежде всего, лугопастбищного хозяйства и культуры многолетних трав в современных условиях, с ограничением финансовых и материальных ресурсов еще более возрастает. Требования сохранения почвенного плодородия, обеспечения продуктивности и устойчивости сельскохозяйственных земель, экологизации и охраны окружающей среды выдвигают на первый план биологизацию и адаптивную интенсификацию сельского хозяйства.

Приоритетное развитие кормопроизводства, которое неразрывно связано с повышением устойчивости агроландшафтов, ориентирует и на необходимость более полного использования неисчерпаемых воспроизводимых природных ресурсов и «даровых сил природы» за счет биологизации и экологизации интенсификационных процессов в агроэкосистемах и агроландшафтах.

В основу современной системы управления и конструирования агроландшафтов положен главенствующий принцип единства экономики и экологии, гармонизации отношений человека и природы в процессе сельскохозяйственного производства.

Стратегией адаптивного сельскохозяйственного природопользования ХХІ века является целенаправленная оптимальная пространственно-временная организация современных агроландшафтов, которая должна быть наиболее адекватной их природной структуре и динамике.

В основу разработанной системы изучения, управления и конструирования агроландшафтов положен главенствующий принцип единства экономики и экологии, гармонизации отношений человека и природы в процессе сельскохозяйственного производства. Основным правилом сбалансированного взаимодействия Человека и Природы является сохранение природных экосистем, ценных сельскохозяйственных земель и плодородия почв, что возможно только при создании благоприятных условий для функционирования агроландшафтов, обеспечения сбалансированности продуктивных и протективных агроэкосистем, активной жизнедеятельности основных почвообразователей - многолетних трав и микроорганизмов, благоприятных условий для почвообразования и развития почвенной биоты.

Хотя выше уже были рассмотрены некоторые тенденции современного развития геоботаники, мы все же считаем небезынтересным дать краткую сводку тех тенденций, которые, на наш взгляд, являются наиболее существенными.

Из происходящих в геоботанике сдвигов самым общим является изменение ее содержания и объема, признание многими ее «стыковой наукой», стоящей на границе между ботаникой, экологией и географией (особенно ландшафтоведением) и являющейся одной из частей науки о Земле - геономии. Ее объектом изучения является растительный покров как сложная система с целым рядом подсистем, которые все - от вида как ценобионта и растительного сообщества как центрального объекта до фитогеосферы - изучаются для раскрытия общих закономерностей эволюции, структуры, состава, географии, экологии растительного покрова как определяющей части биосферы и ландшафтной оболочки Земли и методов управления им.

Именно системный подход открывает, по мнению многих современных исследователей, возможности изучать разнокачественные объекты (подсистемы) растительного покрова, учитывая их сравнительную целостность, с одной, и открытость, стохастический и подчиненный характер, с другой стороны, и тем самым охарактеризовать растительный покров как динамическую систему.

С новых точек зрения рассматривается растительное сообщество. Разница в теоретических трактовках растительного сообщества ясно вырисовывается, если, например, сравнить фитоценологию 20-30-х годов с ее теорией растительных сообществ как целостных, сплоченных единиц («организмов») с современными течениями фитоценологии - с учением о континууме, с трактовкой фитоценоза с точки зрения биокибернетики, системных уровней интеграции и т. д. В настоящее время фитоценоз рассматривается как явление природы с трехступенчатой организацией живого (организменный, популяционный и ценотический уровни), в связи с чем усложняются его структура и комплекс взаимодействий. Фитоценоз - чрезвычайно сложное явление, познать жизнь которого возможно только на основе многомерной модели. Степень детерминированности конкретных фитоценозов сравнительно низка, от чего зависят и их относительная неустойчивость и возможность возникновения «разных состояний системы по всему диапазону признаков в их разных стохастических комбинациях». В. Д. Александрова (1961) пишет, что «фитоценоз относится к классу динамических систем высокой степени сложности. Он является очень большой, с точки зрения кибернетики, динамической системой со стохастическими преобразованиями и статистическим эффектом». Иначе говоря, сложность фитоценозов проявляется в: 1) большом многообразии конкретных флор, являющихся «материалом» для выработки видового состава фитоценозов; 2) различных типах строения сообществ, многообразии структурных частей сообществ; 3) многообразии экотопов, возможности беспредельной вариации и комбинации экологических факторов, их качественных показателей; 4) многообразии взаимодействий между растениями, слагающими сообщества, между ними и условиями среды; 5) разнообразии путей становления и развития сообществ, многообразии хода сукцессионного процесса в различных экотопах.

Чем более сложным нам представляется фитоценоз как природное явление, тем более усовершенствованных, многообразных и точных методов требует его изучение. В настоящее время мы можем говорить уже о целых «классах» методов геоботанического изучения растительного покрова и фитоценозов. К обычному и несомненно поверхностному, но все же и в наши дни не потерявшему свое значение рекогносцировочному исследованию растительных сообществ методом простого описания их видового состава, структуры и экотопа прибавились биогеоценологические, стационарно-экологические, экспериментальные, биогеофизические, продукционно-экологические, количественно-статистические и другие методы исследования. Последний «класс» (количественно-статистических методов) сыграл несомненно очень большую роль в достижении современного уровня геоботаники и экологии. Перед этими методами стоят и огромные задачи в дальнейшем развитии учения о растительном покрове, ибо лишь измеряемость, точность и статистическая обрабатываемость собираемых фактов позволяют их объективно систематизировать и обобщать в строго доказанные выводы.

Взгляд на фитоценоз как сравнительно открытую систему и на растительный покров как явление непрерывное заставляет геоботаников и экологов много внимания обращать на специальные методы изучения растительного континуума. Методы ординации и градиентного анализа существенно усовершенствованы в течение последних 10-15 лет, и, очевидно, именно это направление определит в ближайшее время успех в деле выяснения важного вопроса: какое качество растительности - дискретность или непрерывность - внутренне более свойственно ей как природному явлению. Конечно, вопросы классификации растительности сохраняют свое важное место в проблематике геоботаники, но ясно и то, что: 1) проблема иерархической чисто фитоценологической классификации теряет свое прежнее главенствующее значение в геоботанике и 2) проблема классификации растительности имеет положительные перспективы лишь в случае объединенного использования традиционных фитоценологических приемов классификации и результатов градиентного и ординационного анализа растительности. Многими геоботаниками и экологами уже с достаточной убедительностью показано, что классификация и ординация не являются взаимоисключающими подходами к изучению растительности, а должны взаимно обогащать друг друга.

Долгие десятилетия в геоботанике ведущей проблемой была классификация растительности. Ей посвящено подавляющее большинство геоботанической литературы, что является совершенно естественным на определенном этапе развития геоботаники, когда первостепенной задачей считалось создание всестороннего обзора о разнообразии растительных сообществ. Это, очевидно, прослеживается и в настоящей работе - мы действительно во всех главах должны были очень много внимания уделять вопросам классификации. Но можно думать, что уже в ближайшем будущем эта непропорциональность в геоботанической проблематике будет устранена и на передний план выступят такие проблемы, как моделирование растительных сообществ, изучение приходно-расходных процессов энергетических ресурсов сообществ, функции и структура разного типа сообществ в экосистемах, разработка теоретических и методологических основ создания высокопроизводительных и устойчивых в отношении измененной человеком среды растительных сообществ и т. д.

Из сказанного нельзя делать вывод, что геоботанические проблемы, которые изучаются уже много лет и стали, так сказать, классическими (как, например, районирование и картирование растительного покрова, изучение смен растительности и др.), вовсе теряют свое значение. Никак нет. Но и они перестраиваются на новую методику и обогащаются новыми теоретическими подходами. Так будет, например, с картированием растительного покрова, которое в ближайшее время перейдет на новую методику, связанную с использованием спектрозонального анализа цветной аэрофотосъемки и, что особенно перспективно, с материалами, поступающими в распоряжение ученых от космических спутников. В науке уже говорят о космическом ландшафтоведении, вскоре будут говорить и о космической геоботанике. Конечно, обычные методы картирования сохраняются на вооружении геоботаников-картографов, так как необходимость работы на ключевых участках (полигонах) не снимается, но наземные материалы будут объединяться с космическими, и в результате будут достигнуты большая точность, обзорность и скорость работы.

Завершая настоящую книгу, нам хотелось бы остановиться еще на одном вопросе - в какой стадии развития находится геоботаника?

Науки развиваются по определенным внутренним закономерностям. Среди последних существенной является стадийность развития науки, прохождение ею определенных этапов в процессе познания своего объекта или разрешения своей проблемы. Процедуру научного познания можно условно разделить на несколько стадий, начиная с более простых и кончая сложными, обобщающими. Конечно, эти стадии не должны строго следовать друг за другом, могут случаться и сложные переплетения, параллельное развитие этапов, но в общем они отражают логический ход внутреннего прогрессивного развития науки.

Перечислим основные этапы этого процесса: 1) описание явления, процесса, предмета, объекта; 2) измерение, сбор количественных данных; 3) группирование данных, типологизация и классификация; 4) статистическая и математическая обработка данных; 5) постановка экспериментов; 6) интерпретация полученных данных; 7) создание гипотезы; 8) разработка теорий и закономерностей; 9) прогнозирование; 10) создание общей концепции.

Приняв эту схему за основу, интересно установить, в какой стадии находится современная геоботаника, какие стадии достаточно отработаны, в каких находится ее «точка роста». Можно сказать, что три первые стадии почти пройденный этап, иначе говоря, они уже не являются препятствием в дальнейшем развитии геоботаники. Успешно развивается количественная (статистическая) геоботаника, на повестке дня создание особой отрасли биоматематики, непосредственно связанной с геоботаникой, - биоценометрии со специальным набором математических методов и аппаратуры. Определенные успехи имеются и в области экспериментальной геоботаники, но целенаправленный опыт не проник еще во многие существенные неразрешенные проблемы. Начиная с шестой стадии (интерпретация) картина выглядит менее удовлетворительной, что проявляется в отсутствии общих объясняющих теорий сущности растительного сообщества, его места в энергетических цепях экосистемы, а шире - в отсутствии общепризнанной теории растительного покрова как основы для прогнозирования его процессов. Полагая, что наука будет в расцвете в случае прохождения через все вышеназванные стадии, определим, что геоботаника достигла средней фазы своего развития, а самые сложные, ответственные и современные ее задачи ждут еще своего решения.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Геоботанические исследования, являясь основной формой работы полевых ботаников, включают в себя комплексное изучение как самих растений, так и среды их обитания, которые оказывают взаимное влияние и, в определенной степени, "формируют друг друга".

Связано это, в первую очередь, с тем, что произрастание как отдельных видов растений, так и сформированных ими фитоценозов, напрямую зависит от комплекса физико-географических факторов, в первую очередь - от особенностей рельефа, почв и почвообразующих пород данной территории. Особенно велика, при этом, роль рельефа, который, хотя и косвенно, влияет на растительность и, являясь мощным трансформатором тепла и влаги, оказывает исключительно большое влияние на специфику фитоценозов и их распространение.

В свою очередь растения и сформированные ими фитоценозы изменяют среду своего обитания - макро- и микроклимат, состав, структуру и влажность почвы, подземную и поверхностную гидросеть. Будучи функционально связанными с комплексом физико-географических условий, растения и их сообщества, могут быть использованы как индикаторы (особенно виды и фитоценозы с узкой экологической амплитудой) различных особенностей природных условий - аэрации и увлажнения почвы, ее засоленности, карбонатности и механического состава, глубины залегания почвенно-грунтовых вод и т.п. Наиболее надежными индикаторами являются не отдельные виды, а группы видов или целиком растительные сообщества.

Методам изучения флоры, как комплекса произрастающих видов растений, и растительных сообществ - фитоценозов, посвящено данное методическое пособие.

Основные понятия и термины Флора и флористические исследования

Флора представляет собой совокупность всех произрастающих на территории видов растений. Понятие флоры не является аналогом понятия фитоценоз (сообщество), скорее это формальный список (перечень) видов той или иной местности.

Изучение особенностей флоры составляет предмет флористических исследований .

Без знания и инвентаризации флоры невозможно проводить геоботанические исследования. Таким образом, флористические исследования, флористика, является частью геоботанических, исследований.

Фитоценоз и геоботанические исследования

При геоботанических исследованиях основным объектом изучения является фитоценоз .

В отечественной геоботанической литературе наиболее широко используется определение, данное В.Н.Сукачевым: "Под фитоценозом (растительным сообществом) надлежит понимать всякую совокупность растений на данном участке территории, находящуюся в состоянии взаимозависимости и характеризующуюся как определенным составом и строением, так и определенным взаимоотношением со средой... ".

Таким образом, фитоценоз - это не случайное собрание видов растений, а закономерная совокупность видов, приспособившихся, в результате длительного подбора, к совместному существованию в определенных условиях внешней среды.

Часто вместо термина "фитоценоз" употребляется термин "растительное сообщество". Однако, как считает А.Г. Воронов (1973), термин "фитоценоз" целесообразнее сохранить для обозначения конкретных участков растительности, а "растительное сообщество" использовать как термин, не имеющий определённого объёма, как безранговое понятие для обозначения любого таксона в классификации растительного покрова.

Иногда в качестве синонима термина фитоценоз" некоторые исследователи используют термин "участок ассоциации".

Каждый фитоценоз характеризуется определённым набором признаков, из которых наиболее важное значение для разграничения одних фитоценозов от других имеют следующие:

1) видовой (флористический) состав;

2) количественные и качественные отношения между растениями, которые определяются разной степенью участия (обилием) различных видов и неодинаковой их значимостью в фитоценозе;

3) структура - вертикальное и горизонтальное расчленение фитоценоза;

4) характер местообитания - среда обитания фитоценоза.

Совокупность всех фитоценозов определенной территории называют растительностью, или растительным покровом данной территории.