Эти переходные пространства имеют специфическую структуру и служат местом, где образуются экотонные биотические сообщества и экотонные системы. Они обладают особым составом, структурой и механизмами устойчивости, отличающимися от таковых в зональных
экосистемах. Повышенная флуктуационная активность факторов среды представляет одну из главных особенностей экотонных территорий, что определяет специфические экотонные структуру, режим функционирования, механизмы устойчивости и условия развития экотонных систем.
Цель исследования: изучение состояния и динамики экотональных экосистем разной иерархии.
Материал и методы исследования
Отбор проб образцов почв и пробоподготовка для количественного химического анализа проведены в соответствии с [4,5].
Объединенная проба получена путем смешения пяти точечных проб, отобранных методом конверта со слоя 0-30 см почвына одной пробной площадке.Точечные пробы отобраны лопатой. Глубина взятия образца составила 0-30 см.
Количественный химический анализ образцов проб почв проведен в лаборатории экотоксикологии ТКНС УрО РАН (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.516420 от 04 марта 2011 г.) по общепринятым методикам измерений [1,2,3].
Результаты
Общая характеристика ключевых участков, описанных на экотонах Арктики и Субарктики, исследованных в 2014 г.:
№25 Ручей, впадающий в Обскую Губу. 25.1. Левый берег ручья, координаты площадки N67˚56'32.5", Е74˚49 '46.7".ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 50% . Осоково-сфагновая пойменная тундра. 25.2. Склон Северной экспозиции, координаты площадки N67˚56' 31.0", Е74˚49'46.9". Мелкозлаково-плауново-кустарничковая тундра. 25.3. Плакор, слабо выраженный уклон на северо-запад, координаты площадки N 67˚56'29.8", Е 74˚49'47.1" ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 30% . Слабо бугристая кустарничково-лишайниковая тундра. 25.4. Экотон между пойменной тундрой (оп. № 25.1.) и склоном (оп. № 25.2.). Кустарниковая тундра. Координаты площадки N 67˚56'31.3", Е 74 ˚49'73.3". ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 60% .
№26. Верховья этого же ручья. Правый берег. 26.1. Пойма ручья. Координаты близ площадки N67˚56'15.1", Е74˚50'29.9". ОПП 98%, в т.ч. сосудистых растений 90%. Сабельниково-осоковое низинное пойменное болото. 26.2.Экотон между поймой и склоном (подножье склона). Ивово-разнотравно-кустарничковая тундра. 26.3. Склон Восточной экспозиции. ОПП 100%, в т.ч. сосудистые растения 40% . Ерниково-алекториевая тундра.
№27. Южный (левый) берег р. Нюдя-Адлюдрёпоко, пойма. 27.1. Зарастающая часть песчаного пляжа (ближайшая к реке). Часть профиля. Координаты площадки N67 ˚58' 36.3", Е74˚50'31.5". Песок плотный, ОПП 40%, в т.ч. трав 15 %. От реки 200-250 м. Пионерное сапрофитное злаково-кустарничковое сообщество. 27.2. Сухая низкотравная черная кустарничково-лишайниковая тундра. Координаты площадки N67˚58' 35.1", Е 74˚50'31.4". Аспект черно-зеленый пятнистый. Выступает в качестве экотона. ОПП 80%, сосудистых растений 35%. 27.3.Ольховниково-осоковая почти плоская сырая тундра. Координаты площадки N67˚58'34.5", Е74˚50'35.8". ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 70% .
№28.Долина р. Хадуттэ, левобережье. Долинная лесотундра. Экотон лесотундра-тундра. 28.1. Ерниково–сфагново–долгомошниковая лиственничная лесотундра. Координаты площадки N67˚25' 09.1", Е74˚25'26.7". ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 60% . 28.2. Экотон Кустарничковая лесотундра. Координаты N67˚25'10.0", Е74˚25'25.0". ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 80%. 28.3. Низкокустарничковаямелкокочкарная тундра. Координаты N67˚25'13.1", Е76˚25'23.1". ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 60%. Лишайников больше, чем мхов.
№29. Бугор морозного пучения в 0,5 км от автодорожного моста через р. Енаяха. 29.1. Западный склон. Холодное песчаное хвощово–арктоусово-лиственничное редколесье. Координаты N67˚16'07.4", Е76˚26'23.5". ОПП 90%, в т.ч. сосудистых растений 60%. Сомкнутость крон 0.1. 29.2. Подножье склона. Экотон. Лиственничник осоково-багульниковый крупнобугристый. Координаты N67˚16'08.7", Е76˚26'19.5". ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 85%. 29.3. Плоская осоково-кустарничковая мелкокочкарная тундра. Координаты N67˚16'10.3", Е76˚26'20.3". ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 75%.
№30. Аридизация лесотундры от песчаного карьера. 30.1. Начальная стадия аридизации. Ерниково-кладониевая березово-лиственничная лесотундра. ОПП 100%, в т.ч. сосудистых растений 50%. 30.2. Средняя стадия зарастания движущегося песка (экотон).площадки N 66˚37'48.2", Е76˚40'33.3". Березово-лиственничная ерниково-шикшовая лесотундра. ОПП 85% , в т.ч. сосудистых растений 75 % . 30.3. Крайняя стадия запесочивания. Координаты площадки N66˚37'8.2", Е76 ˚40'29.5". Лиственнично - березовая кустарничковая запесоченная лесотундра в депрессии рельефа. ОПП 15%, в т.ч. сосудистых растений 8%.
Исходя из содержания токсичных ионов, в исследуемых образцах проб почвы определяли степень и тип засоления. Метод определения степени засоления почв основан на оценке суммарного эффекта (СЭ) влияния токсичных ионов. Суммарный эффект (СЭ) токсичных ионов варьировал от 0,02 до 0,10 мг·экв. Все образцы по степени засоления относятся к незасоленным (табл. 1).
Таблица 1
Суммарный эффект (СЭ) токсичных ионови степень засоления исследуемых образцов почвы
|
Номер образца пробы почвы |
СЭ, мг·экв |
Степень засоления почв (по Н.И. Базилевич, Е.И. Панковой) |
Номер образца пробы почвы |
СЭ, мг·экв |
Степень засоления почв (по Н.И. Базилевич, Е.И. Панковой) |
|
25.1 |
0.06 |
Незасоленные |
28.1 |
0.06 |
Незасоленные |
|
25.2 |
0.06 |
Незасоленные |
28.2 |
0.08 |
Незасоленные |
|
25.3 |
0.08 |
Незасоленные |
28.3 |
0.02 |
Незасоленные |
|
25.4 |
0.08 |
Незасоленные |
29.1 |
0.07 |
Незасоленные |
|
26.1 |
0.09 |
Незасоленные |
29.2 |
0.08 |
Незасоленные |
|
26.2 |
0.09 |
Незасоленные |
29.3 |
0.08 |
Незасоленные |
|
26.3 |
0.08 |
Незасоленные |
30.1 |
0.06 |
Незасоленные |
|
27.1 |
0.08 |
Незасоленные |
30.2 |
0.10 |
Незасоленные |
|
27.2 |
0.10 |
Незасоленные |
30.3 |
0.12 |
Незасоленные |
|
27.3 |
0.07 |
Незасоленные |
|
|
|
Гумус входит в состав органического вещества и представляет собой сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков и продуктов жизнедеятельности живых организмов. В среднем 1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса. На исследуемой территории наибольший процент (47%) составляют бедногумусные почвы (26.1, 27.1, 27.2, 27.3, 28.1, 29.1, 29.2, 29.3, 30.1), реже умеренногумусные (42%) (25.1-25.4, 26.3, 28.2, 28.3, 30.3), в минимальной концентрации (11%) –среднегумусные почвы (26.2, 30.2) (табл. 2).
Таблица 2
Содержание общего углерода и общего гумуса в исследуемых образцах проб почвы
|
Номер образца пробы почвы |
Содержание, % от массы сухой почвы |
Номер образца пробы почвы |
Содержание, % от массы сухой почвы |
||
|
общего углерода |
общего гумуса |
общего углерода |
общего гумуса |
||
|
25.1 |
0.99±0.02 |
1.71±0.04 |
28.1 |
0.37±0.01 |
0.63±0.02 |
|
25.2 |
0.96±0.02 |
1.71±0.04 |
28.2 |
0.94±0.02 |
1.62±0.04 |
|
25.3 |
0.94±0.02 |
1.61±0.04 |
28.3 |
0.62±0.02 |
1.06±0.03 |
|
25.4 |
0.94±0.02 |
1.61±0.04 |
29.1 |
0.21±0.01 |
0.36±0.01 |
|
26.1 |
0.10±0.00 |
0.16±0.00 |
29.2 |
0.37±0.01 |
0.63±0.02 |
|
26.2 |
2.62±0.07 |
2.52±0.11 |
29.3 |
0.25±0.01 |
0.44±0.01 |
|
26.3 |
0.94±0.02 |
1.62±0.04 |
30.1 |
2.33±0.06 |
0.70±0.02 |
|
27.1 |
0.02±0.00 |
0.03±0.00 |
30.2 |
0.40±0.01 |
2.01±0.10 |
|
27.2 |
0.37±0.01 |
0.63±0.02 |
30.3 |
1.02±0.03 |
1.76±0.04 |
|
27.3 |
0.02±0.00 |
0.03±0.00 |
|
|
|
Реакцию почвы характеризуют величиной рН, представляющий собой отрицательный логарифм активности ионов водорода. В представленных образцах проб преобладают сильнокислые (64%) (25.1-25.4, 26.2, 26.3, 28.2, 28.3, 29.2-30.1, 30.3) и слабокислые (26%) (26.1, 27.2-28.1, 30.2) почвы, в равной степени (1%) встречаются среднекислые и нейтральные (27.1, 29.1). Соответственно, значения обменной кислотности исследуемых образцов почв находятся в пределах 1,00 …2.90, 2.35, 0.35 … 0.45, 0,05ммоль на 100 г почвы (табл. 3).
Таблица 3
Водородный показатель (рН) и обменная кислотность исследуемых образцов проб почв
|
Номер образца пробы почвы |
Температура водной суспензии |
рН, ед. рН |
Классификация в зависимости от реакции среды почвы |
Обменная кислотность, ммоль на 100 г почвы |
|
25.1 |
21.8 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.00±0.08 |
|
25.2 |
20.8 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.00±0.08 |
|
25.3 |
20.7 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.00±0.08 |
|
25.4 |
20.7 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.00±0.08 |
|
26.1 |
21.6 |
5.2±0.2 |
слабокислая |
0.35±0.04 |
|
26.2 |
20.8 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.45±0.11 |
|
26.3 |
21.4 |
4.2±0.2 |
сильнокислая |
1.80±0.06 |
|
27.1 |
21.6 |
4.9±0.2 |
среднекислая |
2.35±0.40 |
|
27.2 |
20.8 |
5.1±0.2 |
слабокислая |
0.35±0.04 |
|
27.3 |
20.7 |
5.2±0.2 |
слабокислая |
0.35±0.04 |
|
28.1 |
21.6 |
5.2±0.2 |
слабокислая |
0.35±0.04 |
|
28.2 |
20.7 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.00±0.08 |
|
28.3 |
20.7 |
4.3±0.2 |
сильнокислая |
1.90±0.14 |
|
29.1 |
20.7 |
5.9±0.2 |
нейтральная |
0.05±0.01 |
|
29.2 |
21.8 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.00±0.08 |
|
29.3 |
20.9 |
4.4±0.2 |
сильнокислая |
1.35±0.04 |
|
30.1 |
20.8 |
4.1±0.2 |
сильнокислая |
2.90±0.37 |
|
30.2 |
20.9 |
5.2±0.2 |
слабокислая |
0.45±0.05 |
|
30.3 |
20.9 |
4.5±0.2 |
сильнокислая |
1.55±0.12 |
Обеспеченность почв соединениями фосфора исследуемых территорий относительно низкая и варьирует в диапазоне от 13 до 134 мг/кг, 95% составляет почвы с содержанием фосфора до 80 мг/кг (25.1-25.3, 26.1-30.3), 5 % – с содержанием фосфора до 150 мг/кг (25.4).
Концентрация нитритов в основном не превышает 0,5 мг/кг почвы: 89 % проб почвы содержат нитриты до 0.5 мг/кг (25.1-26.3, 27.2, 28.1-30.3), 11 % проб почвы – с 0.50 до 0.7 мг/кг (27.1, 27.3).
Содержание нитратов варьирует от 0.4 до 4.0 мг/кг, причем в 36 % пробах почвы концентрация нитратов менее 1 мг/кг (26.1, 26.2, 27.2, 27.3, 29.2-30.1) , 53% исследуемых образцов почвы имеют содержание нитратов от 1 до 2 мг/кг (25.1-25.4, 26.3, 27.1, 28.1-29.1) и лишь 11% принадлежат к диапазону 3.6 – 4.0 мг/кг (30.2, 30.3).
Концентрация обменного аммония изменяется в среднем от 1.4 до 27.7 мг/кг почвы.
В исследуемых образцах проб почвы содержание подвижной серы в основном не превышает 10 мг/кг, причем более половины (63%) имеют концентрацию менее 5 мг/кг (26.1, 26.3, 27.1, 27.3-29.3, 30.2-30.3). Заметно повышается содержание серы на экотонах (табл. 4).
Таблица 4
Содержание биогенных элементов в исследуемых образцах проб почв
|
Номер образца пробы почвы |
Нитриты, мг/кг
|
Нитраты, мг/кг
|
Аммоний обменный, мг/кг
|
Сера, мг/кг
|
Фосфор, мг/кг
|
|
25.1 |
0.33±0.03 |
1.1±0.2 |
22.1±2.3 |
11.0±0.8 |
33±2 |
|
25.2 |
0.34±0.03 |
1.2±0.2 |
23.1±2.3 |
10.0±0.8 |
33±2 |
|
25.3 |
0.23±0.02 |
1.0±0.2 |
19.7±2.0 |
8.5±0.6 |
36±3 |
|
25.4 |
0.32±0.03 |
1.2±0.2 |
22.1±2.3 |
12.0±0.8 |
134±12 |
|
26.1 |
0.26±0.03 |
0.5±0.1 |
3.3±0.5 |
2.6±0.3 |
39±3 |
|
26.2 |
0.36±0.04 |
0.7±0.1 |
13.7±1.4 |
7.0±0.5 |
58±4 |
|
26.3 |
0.00±0.00 |
1.1±0.2 |
14.7±1.5 |
2.0±0.5 |
13±1 |
|
27.1 |
0.66±0.07 |
1.1±0.2 |
2.8±0.4 |
3.0±0.3 |
31±2 |
|
27.2 |
0.20±0.02 |
0.7±0.1 |
8.0±1.2 |
7.6±0.6 |
65±5 |
|
27.3 |
0.54±0.05 |
0.4±0.1 |
7.2±1.1 |
0.7±0.2 |
33±2 |
|
28.1 |
0.47±0.05 |
1.4±0.3 |
22.1±2.3 |
2.0±0.5 |
33±2 |
|
28.2 |
0.29±0.03 |
1.2±0.2 |
23.1±2.3 |
3.0±0.3 |
71±5 |
|
28.3 |
0.46±0.05 |
1.1±0.2 |
27.7±2.8 |
1.8±0.5 |
65±5 |
|
29.1 |
0.27±0.03 |
1.1±0.2 |
6.2±0.9 |
4.0±0.4 |
30±2 |
|
29.2 |
0.29±0.03 |
0.4±0.1 |
7.2±1.1 |
2.2±0.6 |
32±2 |
|
29.3 |
0.36±0.04 |
0.4±0.1 |
4.3±0.6 |
1.7±0.4 |
16±2 |
|
30.1 |
0.47±0.05 |
0.7±0.1 |
7.6±1.1 |
10.6±0.8 |
13±1 |
|
30.2 |
0.29±0.03 |
4.0±0.3 |
1.4±0.2 |
1.7±0.4 |
36±3 |
|
30.3 |
0.52±0.05 |
3.6±0.7 |
4.9±0.7 |
2.2±0.6 |
29±3 |
Экотонный эффект проявляется в плотности фитоценозов (общее среднее число стеблей и талломов на трех метровых пробных площадках) рис. 1.
Рис. 1. Плотность фитоценоза на ключевых участках, экз. (шт.)
Выводы
Биогенные элементы (P, S) во всех случаях обнаруживают статистически достоверное повышение концентрации в почвах экотональных экосистем.
Выявлено повышение плотности фитоценозов(абсолютно во всех случаях) на экотонах. Подтвержден известный факт - повышение биоразнообразия сосудистых растений в экотональных сообществах.
Рецензенты:
Харитонцев Б.С., д.б.н., профессор кафедры Биологии и МПБ Филиала ФГБОУ ВПО ТюмГУ в г. Тобольске, г. Тобольск;
Тестов Б.В., д.б.н., профессор, зав. лабораторией Радиоэкологии ТКНС УрО РАН, г. Тобольск.