ВВЕДЕНИЕ
Северо-Западный Казахстан представляет собой естественный физико-географический регион, простирающийся с запада на восток от р. Волги до Мугоджарских гор и с севера на юг от Общего Сырта до побережья Каспия, т. е. с 52° до 48° с. ш. и с 46° до 58° в. д. (Карта... 1947, 1989, 1990, 1995, 1999,2000).
В пределах Северо-Западного Казахстана выделяются возвышенности Общего Сырта и Подуральского плато. На Общем Сырте выделены ботанико-географические районы: Средний Сырт, Деркульский Сырт, Низкий Сырт, Высокий Сырт. Подуральское плато состоит из северной (ландшафтные районы Челкарский, Предсыртовый, Утвинский, Карагандинский, Киылский) и южной частей. Южная часть Подуральского плато известна как Эмбенское плато, где особо выделяется Среднеэмбенский район (Михно, 1997; Москалев, 1985; Рамазанов, 1998, 2001; Чибилев, 2001). С этими возвышенностями связано распространение меловых обнажений, которые и были изучены нами.
Меловые возвышенности со своеобразным растительным миром занимают большую площадь в Северо-Западном Казахстане — 103 952,9 км^ (в том числе в Западно-Казахстанской или Уральской области — 30 841,5 км2; в Актюбинской области — 63 535,1 км^; в Атырауской, или Гурьевской,
области — 8842,1 км2 и в Оренбургской области — 734,2 км^). До последнего времени растительный покров меловых возвышенностей изучался только с флористической точки зрения, а такие меловые горы как Миргородские были полностью выпущены из внимания, поэтому перед нами стояла задача критически изучить флору сосудистых растений, а также рассмотреть общие закономерности растительного покрова и выявить специфические черты меловых обнажений. В основу положены полевые
работы, которые начаты в 1981 году и продолжались до 2002 г. В течение восьми полевых сезонов были выполнены маршруты по меловым обнажениям юго-западной части Общего Сырта и северо-восточной части Подуральского плато. В 1990 году работы были продолжены вначале на Миргородском меловом массиве (60 тыс. га), а с 1992 по 2002 г. на всех меловых обнажениях Подуральского плато и Общего Сырта. За 22 полевых сезонов изучены меловые обнажения на территории Западно-Казахстанской (Уральской), западной части Актюбинской и северной части Атырауской (Гурьевской) областей. Кроме маршрутных исследований проводились работы на ключевых участках для изучения структуры меловой растительности: Абышсай и Крутая (1), Ичка и Нижнеозерное (4), Сантас и Сасай (5), Алгабас и Миргородский (7), Акчатау (9), Белый Узень (10) (рис. 1).
За данный период исследовано 37 меловых обнажений. Сделано 370 геоботанических описаний, собрано около 10000 листов гербария. Сборы пополнили в основном гербарий Западно-Казахстанского университета.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1. Актуальность темы.
Северо-Западный Казахстан (СЗК) расположен в хорошо освоенном в хозяйственном отношении регионе Казахстана. В последние годы бурное развитие нефтяной и газовой промышленности повлекло за собой широкое строительство нефте-, газо- и трубопроводов, промышленных объектов, авто-и железных дорог. Все это негативно влияет на растительный покров меловых ландшафтов, так как происходит не только сокращение, но и полное уничтожение своеобразных меловых сообществ и формирование на их месте
новых сообществ, которые теряют свою устойчивость и способность к самовозобновлению.
Научной основой для сохранения генофонда СЗК является выявление видового разнообразия и закономерностей распределения растений в регионе и изучение основных этапов генезиса флоры.
Меловые возвышенности СЗК являются одним из уникальных в ботанико-географическом отношении объектом, находящимся на стыке Европы и Азии. Флора меловых ландшафтов сложена не только автохтонными туранскими видами, но на ее формирование повлияла также экспансия европейских, восточноевропейских, евразиатских и древнесредиземноморских видов.
Необходимость изучения флоры и растительности меловых возвышенностей обусловлена не только недостаточной изученностью, но и необходимостью разработки мероприятий по охране и рациональному их использованию, поскольку площади меловых ландшафтов в нашем регионе занимают 103952,9 км2.
2. Цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы является всестороннее изучение флоры сосудистых растений меловых ландшафтов СЗК. В процессе исследования основными задачами были:
1. Проведение инвентаризации флоры региона и составление "Аннотированного списка растений меловых ландшафтов Северо-Западного Казахстана".
2. Проведение сравнительного таксономического, биоморфологического, экологического, эколого-фитоценотического, географического и эколого-исторического анализа парциальных флор (ПФ) всех трех возвышенностей.
3. Выделение эколого-исторических свит растительности меловых возвышенностей СЗК.
4. Выявление ядра флоры меловых возвышенностей и закономерностей его распределения во флоре СЗК.
5. Сравнение флоры меловых возвышенностей СЗК с разными районами развития меловых ландшафтов.
6. Обобщение данных по истории развития флоры региона.
7. Выявление реликтов, эндемиков и исчезающих видов, нуждающихся в охране, а также разработка научной программы природоохранных мероприятий.
3. Основные защищаемые положения.
1. Анализ впервые изученной флоры трех крупных меловых возвышенностей Северо-Западного Казахстана - ОС, ПП, ЭП, позволяет глубже понять зональную структуру растительного покрова и историю флоры этой территории.
2. Методика анализа состава флоры по элементам, составляющим эколого-исторические свиты растительности (по Г. М. Зозулину), дает новые данные для понимания процесса флорогенеза степных флор, как результата длительных контактов двух разных флор -Древнесредиземной и Бореальной.
3. Анализ «кальцефитного ядра» меловых флор СЗК дает основания для того, чтобы считать эти элементы флоры автохтонными, частью первичного ядра флоры региона.
4. Наличие в «меловой» флоре большого числа эндемиков, редких и исчезающих видов — реликтов разных стадий развития флоры, делает необходимым их особый учет в природоохранной деятельности.
4. Научная новизна работы.
Впервые проведен всесторонний анализ как общей флоры мелов, так и отдельных возвышенностей, составлен конспект флоры сосудистых растений мелов Северо-Западного Казахстана. В результате обнаружено три новых вида для флоры региона, а также уточнено распространение 48 видов в
пределах СЗК, и в то же время установлено, что для региона ошибочно указано произрастание пяти видов растений. Проведен анализ (таксономический, биоморфологический, экологический, эколого-исторический, эколого-фитоценотический и географический) флоры СЗК в целом, отдельных меловых возвышенностей и парциальных флор. Выявлено кальцефитное ядро флоры региона и составлены карты распространения отдельных видов в СЗК и других районах развития меловых ландшафтов Русской платформы. На основании палеоботанических и палеогеографических данных показаны основные пути флорогенеза. Установлены границы ареалов 120 видов, представляющих особый интерес. Составлен список 162 видов, рекомендуемых к охране, часть из которых вошла в Красные Книги различного ранга (Красная Книга Казахстана, 1981; Редкие растения Западно-Казахстанской области, 1999). Выделен и осуществлен на практике природоохранный объект - Миргородский заказник.
5. Практическая значимость работы.
Материалы исследований были использованы в программе природоохранных мероприятий по Западно-Казахстанской области; при проектировании и разработке ТОО "Эксперимент", "Миргородского" и "Челкарского" заказников; при составлении обоснований по памятникам природы Северо-Западного Казахстана (около 10 объектов); подготовке списка охраняемых растений региона; при разработке "Геоботанической карты Западно-Казахстанской области" (М 1:500000); в рекомендациях по рациональному использованию и составлению геоботанической характеристики огороженных пастбищ Уральской области.
Материалы диссертации вошли в состав учебных пособий, практикумов (Природа Уральской области, Растительный мир Западного Казахстана, Батые Казакстан облысынын ос1мд1ктер элем1), учебных программ (Экология местной флоры), методических указаний и пр., которые
используются в учебном процессе высших учебных заведений Западного Казахстана (Актюбинский государственный университет, Западно-Казахстанский государственный университет).
При участии автора комплектовались местные гербарии: Уральского областного музея природы, Актюбинского областного краеведческого музея, Западно-Казахстанского университета. Ценные коллекции гербарных сборов из региона переданы в Ботанический институт РАН (г. С-Петербург), Институт экологии Волжского бассейна РАН (г. Тольятти), Институт степи РАН (г. Оренбург), Саратовский педагогический институт, Стерлитамакский педагогический институт.
6. Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались на научно-теоретических семинарах Ботанического института им. В.Л.Комарова АН СССР (1985-1987), РБО — 2002 на выездном расширенном заседании Института ботаники АН Казахстана лабораторий флоры высших растений и экологии растений (Уральск, 1986), Алма-Ата, 2003 на конференции повышения квалификации ботаников Московского педагогического института (1989), на региональной конференции "Легкие нашей земли" (Актюбинск, 1992), на международных научно-практических конференциях Пермского университета (1995), Смоленского педагогического института (1996, 1998), на международной конференции "Географические основы устойчивого развития Республики Казахстан" (Алма-Ата, 1998), на научной молодежной конференции "Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке" (Оренбург, 1999), на международном симпозиуме "Степи Северной Евразии" (Оренбург, 2000), на международной конференции "Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий" (Оренбург, 2001, 2003), на областных научных конференциях преподавателей и сотрудников Западно-Казахстанского университета (1980-2003).
7. Публикации.
По теме диссертации опубликовано 45 работ, в том числе 5 монографий, из них 4 коллективные.
8. Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы (328 наименований) и приложений. Текст работы изложен на 415 страницах, содержит 66 таблиц, 26 рисунков, фотографии.
ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ФЛОРЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАЗАХСТАНА
Изучение флоры и растительности Северо-Западного Казахстана насчитывает более 200 лет. Так, начиная с середины XVIII века в Прикаспий были снаряжены академические экспедиции П.С. Палласа, И.Г. Фалька и И.И. Лепехина (рис. 1). Исследования П.С. Палласа охватили северную и юго-восточную части Общего Сырта, а также примыкающие к нему с юга степные участки между реками Урал и Волга (Паллас, 1788). Маршруты И.Г. Фалька также проходили через Общий Сырт вдоль р. Урал, где им указывалось на наличие граба (Carpinus betulus) в составе древесных пород в пойменных лесах по берегу р. Урал (Фальк, 1785), впоследствие совершенно исчезнувшего из древостоя бассейна Урала.
В первой половине XIX в. изучение территории Общего Сырта и прилегающей с нему Букеевской Орды продолжает Э.А. Эверсман, а немного позднее Г.С.Карелин. В своей «Естественной истории Оренбургского края» (1840) Эверсман дал описание рельефа Общего Сырта, а Карелин (1875) характеризует некоторые типы растительности, отмечая их флористический состав.
Изучение флоры и растительности бассейна Урала во второй половине
ю
Рис. 1. Маршруты первых исследователей Северо-Западного Казахстана: .
- П.С. Далласа, --- — И.Г Фалька,----Э.А. Эверсмана, -А---И.Е Борщова
—х— — Г.С. Карелина
XIX в. продолжил И.Г. Борщов, опубликовав «Материалы для ботанической географии Арало-Каспийского края» (1865). В этой работе им впервые охарактеризованы байрачные леса между Уральском и Орском.
В начале XX века естественно-географические исследования бассейна р. Урал усилились в связи с работами Переселенческого управления. Появились публикации СИ. Ростовцева (1905). В.М. Савича (1905, 1908), B.C. Богдана (1908), В.Н. Бородина (1916), Д.Э. Янишевского (1905) и некоторых других исследователей, посвященные характеристике растительности Прикаспийских степей, пустынь и меловых обнажений, а также флоре и растительности Уральской области и, в частности, Общего Сырта.
Большой вклад в изучение растительности Северо-Западного Казахстана внес И.В. Ларин. В его работах (Ларин 1927а, б, 1930; Ларин и др., 1954) дается зональное разделение почв и растительности Сыртового района, определяется производительность кормовых угодий различных растительных группировок, а также приведена краткая характеристика колковых лесов и их флористический состав.
Флоре и растительности восточного Приуралья посвятили свои исследования Б.А. Федченко и Н.Ф. Гончаров (1929) составив всесторонний очерк растительности восточной части Оренбургской области.
В середине прошлого столетия в связи с изучением лесорастительных условий трассы лесополосы г. Вишневая — Каспийское море, С.А. Никитиным были проведены исследования лесной и степной растительности бассейна р. Урал, в частности, байрачных лесов среднего течения р. Урал и Подуральского плато. К сожалению, в своих работах (Никитин, 1954, 1956, 1957) автор приводит только наиболее редкие и находящиеся на восточном пределе своего распространения виды растений.
Более 50 лет (вторая половина XX века) научной деятельности посвятил исследованию СЗК В.В. Иванов - знаток степей и пустынь юго-востока европейской части СССР. За эти годы им было организовано и проведено
12
более 100 экспедиций в данном регионе и собран богатейший материал, отраженный в 255 публикациях. Работы В.В. Иванова (1958, 1960, 1964, 1971 и др.), посвященные флоре и растительности Северного Прикаспия, всесторонне характеризуют байрачные леса, колки на водоразделах, рощицы на песках, ковыльные, типчаковые и пустынные степи данного региона, который из всей обследованной нами территории меловых обнажений СЗК включает только западную часть Общего Сырта.
Большой вклад в изучение флоры меловых обнажений СЗК внес коллектив кафедры ботаники им. профессора В.В. Иванова ЗапКазГУ. За период с 1958 по 1968 гг. был собран обширный гербарный материал, который обработан О.Т. Кольченко и нашел отражение в ее многочисленных статьях (Кольченко, 1964, 1969, 1971, 1974, 1975).
Помимо этого, изучением флоры и растительности отдельных меловых возвышенностей Подуральского плато и западной части Общего Сырта занимались такие исследователи как Г.И. Черкасова (1965, 1970, 1971), А.З. Петренко (1971, 1998), П.Л. Горчаковский (1975, 1982), И.Н. Сафронова (1974), Г.В. Матяшенко (1975, 1985) и другие. В их работах детально охарактеризованы лесные и степные растительные сообщества на меловых обнажениях, в частности в работе И.Н. Сафроновой проведено ботанико-географическое районирование западной части Актюбинской области (юго-западная часть Подуральского плато) с уточнением границ зональных полос I и II порядка.
Как видно из приведенного обзора литературы, в предшествующие годы сделано довольно много по исследованию флоры и растительности степей, пустынь и байрачных лесов данного региона. Однако флора и растительность меловых обнажений северной части Подуральского плато и Эмбенского плато до настоящего времени были изучены недостаточно. Между тем изучение растительных сообществ меловых обнажений и их распределение по территории необходимы для решения вопросов динамики растительного
13
покрова и выявления причин его изменения, а также для решения теоретических проблем фитоценологии, биогеоценологии, истории и становления флоры.
Наши исследования флоры меловых возвышенностей были начаты в 1985 г. и продолжаются с небольшими перерывами уже более 17 лет.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Работы по изучению флоры проводились маршрутным методом в сочетании со стационарными исследованиями ключевых участков на Общем Сырте и Подуральском плато (Абышсай, Крутая (6 лет), Ичка (15 лет), Сантас и Сасай (13 лет), Актау, Каратау (3 года), Эмбенское плато (2 года)), где велись наблюдения за структурой и динамикой растительного покрова.
Выбор маршрутов исследований, а также места заложения ключевых участков и поперечных профилей проводились с учетом следующих требований: полноты охвата различных типов меловых обнажений и элементов рельефа, наличия типичного растительного покрова и степени его сохранности с учетом влияния выпаса на растительность.
Нами проведен также анализ картографических материалов ( планы землепользования, почвенные карты хозяйств) для получения сведений о размерах площади меловых возвышенностей и других данных.
В маршрутных исследованиях мы считали необходимым для каждого массива выполнить различные измерения высоты и крутизны меловых склонов с помощью эклиметра. На ключевых участках заложено 13 геоботанических профилей, которые прокладывались от шлейфов (подошвы) до высшей точки мелового массива или от бровки одного склона до бровки противоположного склона (Грибова и др. 1972, 1988).
Сбор и обработка гербарного материала проведены по общепринятой методике (Скворцов, 1977).
14
Для определения растений использовались "Флора СССР" (т.т. 1-30, 1934-1964). "Флора Казахстана" (т.т. 1-9, 1956-1967). "Флора юго-востока европейской части СССР" (1927-1936), определители В.В.Иванова (1964-1989).
Список флоры составлен в соответствии с системой А.Л.Тахтаджяна (1987, 1997). Для уточнения видовых и родовых названий использованы новейшие сводки С.К.Черепанова (1981, 1995), С.А.Абдулиной (1999).
При анализе флоры мы использовали биолого-морфологические классификации И.Г.Серебрякова (1962, 1964), Н.Т.Нечаевой, В.К.Василевской (1969, 1973).
Установление эколого-фитоценотических групп проведено на основе собственных наблюдений с привлечением литературных источников (Свешникова, 1979; Горшкова, 1966; Рачковская, 1963-1990).
Географические элементы в нашей работе устанавливались исходя из характера ареалов видов (Вульф, 1932, 1936; Клеопов, 1938; Тахтаджян, 1978; Камелин, 1973; Meuses, 1959, 1992).
Исторические свиты выделены согласно работам Г.М.Зозулина (1955, 1969, 1970, 1976), а также по работам В.В.Иванова (1964-1989).
Выделение и описание сообществ велось по общепринятым методикам (Алехин, 1923, 1938; Краткое руководство ..., 1952; Сукачев, 1957; Александрова, 1964, 1969 а, б; Корчагин, 1964, 1976; Понятовская, 1964; Юнатов, 1964; Шенников, 1964; Василевич, 1975, 1983; Быков, 1954, 1955, 1975,1978,1979,1981).
Размер пробных площадей для описания травяных сообществ чаще всего составлял 100 м2. Но в том случае если растительные сообщества занимали меньшую площадь, описания проводились в пределах реального контура.
Обилие, проективное покрытие определялось глазомерно с использованием шкалы Друде.
15
ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО
КАЗАХСТАНА.
1.1. РЕЛЬЕФ И ГЕОЛОГИЯ.
Вопросы геологического и геоморфологического строения изучаемого района неоднократно освещались в литературе (Жуков, 1945; Калинин, 1963; Колтыпин, 1957; Вахрамеев, 1952; Геология СССР, 1970; Химоков, 1992).
В пределах Северо-Западного Казахстана выделяются возвышенности Общего Сырта (ОС) и Подуральского плато (ПП). На Общем Сырте выделены ботанико-географические районы: Средний Сырт, Деркульский Сырт, Низкий Сырт, Высокий Сырт. Подуральское плато состоит из северной (ландшафтные районы Челкарский, Предсыртовый, Утвинский, Карагандинский, Киылский) и южной частей. Южная часть Подуральского плато известна как Эмбенское плато (ЭП), где особо выделяется Среднеэмбенский район (Михно, 1997; Москалев, 1985; Рамазанов, 1998, 2001; Чибилев, 2001). С этими возвышенностями связано распространение меловых обнажений, которые и были изучены нами. За 19 полевых сезонов изучены меловые обнажения на территории Западно-Казахстанской (Уральской), западной части Актюбинской и североной части Атрауской (Гурьевской) областей. Кроме маршрутных исследований проводились работы на ключевых участках для изучения структуры меловой растительности: Абышсай и Крутая (1), Ичка и Нижнеозерное (4), Сантас и Сасай (5), Алгабас и Миргородский (7), Акчатау (9), Белый Узень (10) (рис.
2).
Территория СЗК сложена осадочными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя. В результате неравномерных вертикальных движений в середине
16
палеогена поднялись из-под морских вод Общий Сырт и Подуральское плато.
Общий Сырт представляет собой возвышенную равнину, сильно расчлененную по краям и по склонам, обращенным к рекам, долины которых асимметричны. На водоразделах выделяются выровненные поверхности разного уровня (100-150, 180-220, 300-320 м), над которыми местами возвышаются останцы, называемые местными жителями шишками или шиханами. Склоны выровненных ступеней расчленены и имеют холмистый и гористый облик. В южной части Общего Сырта рельеф усложнен куполообразными массивами, которые соответствуют соляно-купольным поднятиям, а также холмами, гребнями и грядами, разделенными глубокими балками и ложбинами (Доскач, 1974, 1979; Нурмагамбетов, 1991; Симонов, 1992).
Общий Сырт сложился в основном к началу четвертичного периода. Наиболее древними породами, выходящими на дневную поверхность, являются пестроцветные пермские и триасовые глины и песчаники. На бортах оврагов обнажаются юрские мергелистные и известняковые отложения. К западной и юго-восточной частям Общего Сырта приурочены обнажения мелового периода. Они представлены туронскими темноокрашенными песками и часто сенонскими белыми мергелями и известняками. Склоны сыртов слагают кремнистые глины и опоки сызранского яруса. Повышенные части сырта занимают пески и песчаники саратовского яруса. Из более поздних отложений нередко встречаются породы акчагыльского яруса. Акчагыльские отложения были последними, наиболее молодыми морскими наслоениями сыртовой части. Частью они перекрыты красными, коричнево- и желто-бурыми глинами делювиального или флювиогляциального происхождения (Жуков, 1945; Геология СССР, 1970).
17