Постановка проблемы (Introduction)

Ставропольский край является крупным аграрным центром, при его удельном весе в общей территориальной площади страны 0,39 %, производит 3,6 % ее валовой сельскохозяйственной продукции, в том числе 2,2 % молока, 3,5 % мяса (в убойном весе) [1, с. 37]. Повышение эффективности отрасли животноводства в регионе является важнейшей задачей и непосредственно связано с устойчивым развитием системы кормопроизводства. И здесь немаловажное значение имеет лугопастбищное кормопроизводство [2, с. 12; 3, с. 28].

Естественная, или природная, растительность края, используемая для выпаса животных в пастбищный период, сформировалась в течение многих тысячелетий в контрастных экологических условиях: перепады высот – от 5 до 1600 м над уровнем моря с годовыми нормами осадков от 250 до 700 мм, при этом ГТК колеблется от 0,3 до 1,5 [2, с. 12; 4, с. 6330; 5, с. 10]. Как в прошлом, так и в настоящем естественные кормовые угодья, являясь важным источником природных кормов, подвержены интенсивной пастбищной нагрузке [6, с. 51, 7, с. 78; 8, с. 48]. Рациональное использование травостоя степных фитоценозов – по-прежнему одна из нерешенных задач лугопастбищного кормопроизводства [9, с. 64; 10, с. 6; 11, с. 1], которая остается весьма актуальной. И сегодня важно знать состояние природных травостоев, особенности вегетации травянистой растительности степных фитоценозов, их кормовой потенциал, характеризующийся количеством надземной массы за вегетационный период, используемой в целях сенокошения или выпаса животных.

Повысить точность, объективность и масштабность решения таких задач возможно с применением данных дистанционного зондирования Земли, которые дают возможность контролировать ход вегетации растительности. Поэтому целью наших исследований было изучить состояние природных фитоценозов и особенности их вегетации в зоне неустойчивого увлажнения и в засушливой зоне Ставропольского края, в том числе с использованием данных дистанционного зондирования Земли.

Методология и методы исследования (Methods)

При выполнении работы использованы комплексно-экспедиционные и камеральные методы исследования.

В процессе работы были выполнены следующие работы:

1. выбраны пункты для проведения детальных исследований;
2. проведено геоботаническое обследование состояния природных травостоев на местности;
3. выполнено картографирование (оцифровка) обследованных территорий;
4. получены данные дистанционного зондирования Земли с помощью сервиса «ВЕГА-Science» ИКИ РАН.

Геоботанические исследования проведены на учетных площадках (полигонах) определенного размера (10×10 м) согласно требованиям методик и ГОСТов, общепринятых в фитоценологии. Описание растительности проводилось по системе О. Друде с отметкой обилия вида, проективного покрытия, высоты травостоя [5, с. 18].

Оценка состояния растительности анализировалась по значениям нормализованного относительного вегетационного индекса (NDVI), который получали с помощью сервиса «Вега» ИКИ РАН [12, с. 50; 13 с. 581; 14 с. 162; 15, с. 120].

Объекты нашего исследования – природные сообщества дикорастущей флоры, которые расположены в засушливой зоне (I и II почвенно-климатические зоны Ставропольского края) и в зоне неустойчивого увлажнения (III почвенно-климатическая зона Ставропольского края). Природные условия проведения исследований благоприятны для роста и развития степной растительности. Вместе с тем они различны.

Так, засушливая зона характеризуется следующими параметрами: климат резко континентальный. Среднегодовое количество осадков составляет 441 мм. Осадки в течение года выпадают неравномерно. Основная их часть приходится на осенне-весенний сезон. Летние осадки кратковременные, преимущественно ливневого характера. В летнее время восточный ветер приносит раскалённый воздух среднеазиатских пустынь. С ним связаны засухи и пылевые бури, начинающиеся при скорости ветра 15–20 м/с. Здесь преобладают каштановые, светло-каштановые и темно-каштановые почвы. Комплексность почвенного покрова – характерная черта данных почв. В зоне каштановых почв наиболее распространены солонцы и солонцовые почвы [5, с. 14; 7, с. 15].

В зоне неустойчивого увлажнения климат умеренно континентальный с ГТК 0,9–1,1, среднегодовое количество осадков – 585 мм. Количество осадков, выпадающее в вегетационный период, составляет 300–350 мм, число дней с суховеями – 60–80. Территория зоны относится к Предкавказской почвенной провинции, представленной преимущественно почвами черноземного типа [5, с. 22].

Результаты (Results)

На основе результатов полевых материалов геоботанического обследования установлено современное экологическое состояние степной растительности исследуемых нами зон (засушливой и зоны неустойчивого увлажнения). Установлено, что по составу травостои природных кормовых угодий различны. Степные сообщества засушливой зоны (по Танфильеву – зона сухих степей) (таблица 1) занимают северо-восточную территорию края. В сохранившихся степных травостоях доминирующим или содоминирующим ценозообразователем является дерновинный злак – овсяница валлисская (Festuca valesiaca Gaudin). Ему сопутствуют другие виды семейства злаковых – келерия стройная (Koeleria cristata (L.), ковыль Лессинга (Stipa lessingiana Trin. et Rupr.), осока узколистная (Carex stenophylla Wahlenb.) и некоторые другие целинные представители дикорастущей флоры.

Однако на протяжении многих лет сухая степь подвергалась пастбищной дигрессии, приведшей к возрастанию в травостое нецелинных видов, стойких к пастбищным перегрузкам: мятлик луковичный (Poa bulbosa L.), полынь австрийская (Artemisia austriaca L.), полынь Лерха (Artemisia lerchiana Web.ex Stechm.), а также большое разнообразие сорных видов растений (до 42 %). Это виды анизанта кровельная (Anisantha tectorum (L.)Nevski), костер мягкий (Bromus mollis L.), клоповник мусорный (Lepidium ruderale L.), люцерна маленькая (Medicago minima (L.) Bartalini), сурепка обыкновенная (Barbarea vulgaris R.Br.) и др. Вполне очевидно, что антропогенный фактор оказывает влияние на современное состояние природных сообществ.

Таблица 1

Особенности степных фитоценозов засушливой зоны

Table 1

Features of steppe phytocenoses of the arid zone

Биоразнообразие степных фитоценозов зоны неустойчивого увлажнения (таблица 2) существенно выше в сравнении с сухими степями – до 45 видов на учетной площади. Их проективное покрытие – 70–100 %. Это обусловлено местоположением территории исследования и особенностями ее природно-хозяйственной специфики, и различными экологическими условиями. Они явились важным фактором формирования на этой территории преимущественно разнотравно-дерновиннозлаковых степей.

Таблица 2

Особенности степных фитоценозов зоны неустойчивого увлажнения

Table 2

Features of steppe phytocenoses of unstable moistening zone

Наиболее обильные и часто встречающиеся в исследуемых пунктах виды дерновинных злаков – келерия стройная (Koeleria cristata), ковыль красивейший (Stipa pulcherrima C. Koch), ковыль Лессинга (Stipa lessingiana), овсяница валлисская (Festuca valesiaca), овсяница скальная (Festuca rupicola Heuff) и некоторые другие. Отмечен ареал распространения злаков с высокой энергией вегетативного размножения – бородач кровоостанавливающий (Bothriochloa ischaemum (L.) Keng), пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski).

Нерациональное использование таких степных экосистем снизило их природный потенциал. И ценные в кормовом отношении виды злаковых и бобовых сменились такими нецелинными видами, как полынь австрийская (Artemisia austriaca), тысячелистник Биберштейна (Achillea biebersteinii Afan.), тысячелистник щетинистый (Achillea setacea Waldst. et Kit.). Высока доля сорных видов растений – василек раскидистый (Centaurea diffusa Lam.), костер полевой (Bromus arvense L.), люцерна маленькая (Medicago minima), морковь дикая (Daucus carota L.), шалфей эфиопский (Salvia aethiopis L.) и др. В отдельных пунктах их количество доходит до 35 %, что, несомненно, влияет на продуктивность и кормовые качества природных травостоев.

Помимо антропогенного фактора, влияющего на современное состояние природных травостоев (особенности вегетации, видовой состав, продуктивность, качество корма), не меньшее значение имеют климатические условия, в которых произрастают природные травостои.

Анализ показал, что температурный режим территорий исследований в среднем за год характеризуется незначительными отличиями – всего на 1,8 % в пользу I и II зон (рис. 1). Тем не менее в весенне-летний период такое преимущество составляет 5 %.

Влагообеспеченность III почвенно-климатической зоны существенно лучше, чем I и II (рис. 2). Если в зоне неустойчивого увлажнения годовое количество осадков составляет 585 мм, то в засушливых – всего 441 мм, или на 32 % меньше. Следует отметить, что превышение количества осадков в III зоне отмечается во все месяцы, за исключением ноября (количество осадков примерно одинаковое).

Рис. 1. Температура воздуха (среднемноголетняя)

Fig. 1. Air temperature (long-term average)

Рис. 2. Количество осадков (среднемноголетнее)

Fig.2. Rainfall (annual average)

Таким образом, теплообеспеченность периода вегетации засушливой зоны на 5 % выше, чем зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края, а годовое количество осадков в III почвенно-климатической зоне на 32 % больше, чем в I и II. Все это влияет на ход вегетации естественных кормовых угодий в этих регионах.

Так, в засушливой зоне и в зоне неустойчивого увлажнения средние динамики вегетационных индексов NDVI изученных нами полигонов имеют совершенно разный вид (рис. 3). Отмечаются различные уровни максимумов, времени их наступления и скорости роста и снижения NDVI. Кроме того, в засушливых зонах наблюдается явно выраженный второй максимум в конце ноября, а в зоне неустойчивого увлажнения – только тенденция к росту вегетационного индекса в осенний период (конец октября).

Рис. 3. Динамика вегетационного индекса NDVI естественных травостоев

Fig.3. The dynamics of the vegetative index NDVI of natural grass stands

Нами были проанализированы основные характеристики динамик вегетационного индекса NDVI каждого полигона (таб. 3 и 4).

Таблица 3

Характеристики динамики вегетационного индекса NDVI естественных угодий в засушливой зоне, в среднем за 2002–2018 годы

ВВВ^* – возобновление весенней вегетации.

Table 3

Characteristics of the dynamics of the vegetative index NDVI of natural crooked areas in the arid zone, on average for 2002–2018