Сезонная изменчивость фитоценозов

Глава 6

ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ

Каждый фитоценоз представляет собой не застывшее явление природы, а такую систему, которая находится в состоянии непрекращающихся изменений всех его признаков, в состоянии постоянной, динамики. Изменчивость фитоценоза во времени - одна из наиболее характерных его особенностей. Фитоценозы претерпевают разнообразные изменения, которые прежде всего можно разделить на модификации и смены.

Модификации фитоценозов

К модификациям относят обратимые изменения фитоценозов. Это сравнительно непродолжительные и сравнительно неглубокие
главным образом, количественные изменения признаков фитоценозов. Вызываются они в первую очередь обратимыми изменениями экологических условий и являются следствием приспособительных реакций растений на изменения этих условий. При восстановлении экологических условий в исходное состояние возвращаются в исходное состояние и все обратимые признаки фитоценозов.

В зависимости от продолжительности модификации различают суточную, сезонную и разногодичную изменчивость фитоценозов.

Суточная изменчивость фитоценозов.

Суточная изменчивость обусловлена сменой дня и ночи, с которой сопряжено изменение различных факторов местообитания. Прежде всего изменяются условия освещения, а вместе с тем изменяются температура, влажность и движение воздуха, воздействие животных и другие факторы. Растения реагируют на суточные изменения экологических условий изменением жизнедеятельности - поглощения воды и элементов минерального питания, фотосинтеза, транспирации, выделения продуктов метаболизма и т.д. В конечном счете это ведет к незначительным колебаниям массы отдельных органов.

Кроме того, у ряда видов растений существуют суточные ритмы в цветении, в расположении цветов и листьев: одни растения цветут только днем, другие и днем и ночью; некоторые растения на ночь опускают листья или соцветия. И все это ведет к незначительным изменениям во внешнем облике и структуре фитоценозов. В то время как видовой состав фитоценозов в течение суток остается неизменным. Оценивая суточную динамику структуры фитоценозов в целом, нужно сказать, что у наземных фитоценозов она выражена очень слабо и потому не привлекает особого внимания геоботаников.

Сезонная изменчивость фитоценозов

Сезонная изменчивость фитоценозов, так же как и суточная, характеризуется строгой периодичностью. Сезонные модификации фитоценозов регулярно повторяются из года в год, поэтому их можно предсказать заранее, хотя в годы, резко уклоняющиеся по метеорологическим условиям от средних лет, сезонная динамика фитоценозов может резко уклоняться от обычной (типичной) их динамики.

Сезонная динамика фитоценозов обусловлена двумя причинами - сезонными изменениями экологических условий и особенностями сезонного роста и развития растений. Известно, что сезонным изменениям подвержены в той или иной степени практически все экологические факторы. Прежде всего это касается практически всех экологических факторов. Только в приэкваториальной зоне климат в течение всего года остается практически неизменным. По мере же удаления от экватора годовые амплитуды изменения температуры и других климатических показателей возрастают, что вызывает обособление отдельных сезонов года - весеннего, летнего, осеннего и зимнего, более или менее различающихся по климату. В тропических областях с муссонным климатом основным лимитирующим развитие растений фактором является не температура, а влажность. Поэтому здесь более или менее четко обособляются влажный и засушливый сезоны года. Изменение климата по сезонам года вызывает в свою очередь сезонную динамику других экологических факторов - почвенных, биотических, антропических. Все эти изменения среды не могут не отражаться на состоянии растений и на особенностях образуемых ими фитоценозов.

Что касается второй причины сезонной динамики ценозов, то нужно сказать, что хотя рост и ритмика развития растений теснейшим образом связаны с сезонной ритмикой экологических условий, тем не менее эти биологические процессы управляются генетически заданной программой и характеризуются определенной независимостью, и самостоятельное значение в сезонной динамике фитоценозов. Они вырабатывались у каждого вида растений в процессе его эволюции и закрепились в его генотипе. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что в сходных условиях обитания разные виды растений характеризуются неодинаковыми особенностями роста и ритмики развития.

Для сравнения и классификации растений по особенностям их развития в году И.В. Борисова (1972) ввела понятие фенологического типа, или феноритмотипа, объединяющего группу видов со сходной ритмикой сезонного развития, прежде всего сходной продолжительностью вегетации в году и сходной продолжительностью жизни листьев. Она предложила следующую систему феноритмотипов:

I. Длительновегетирующие растения - период вегететации продолжается в течение всего года или большей части его:

1. Вечнозеленые - листья живут больше года; смена их происходит постепенно, поэтому растения остаются зелеными круглый год;

2. Летне-зимнезеленые - растения в течение всего года имеют зеленые листья (в том числе и зимой), но листья недолговечны, в год возникает несколько генераций листьев;

3. Летне-зимнезеленые с кратковременным oceнним периодом покоя - обычно имеют две генерации листьев - весеннюю и зимнюю;

4. Осенне-зимне-весеннезеленые с кратковременным периодом летнего покоя и одной генерацией листьев;

5. Весенне-летне-осеннезеленые с периодом зимнего покоя и одной генерацией листьев.

II. Коротковегетирующие растения - период вегетации охватывает два наиболее благоприятных сезона года: весну и начало лета или лето и осень:

6. Весенне-осенезеленые с периодами летнего и зимнего покоя и с двумя генерациями листьев - весенней и осенней;

7. Весенне-летнезеленые с периодом осенне-зимнего покоя одной генерацией листьев;

8. Летне-осеннезеленые с периодом зимнего покоя и одной генерацией листьев.

III. Эфемерные растения - период вегетации очень короткий, охватывающий практически один сезон:

9. Весеннезеленые с периодом летне-осенне-зимнего покоя;

10.Летнезеленые с периодом осенне-зимне-весеннего покоя;

11.Осеннезеленые с периодом зимне-весенне-летнего покоя;
12. Зимнезеленые с периодом весенне-летне-осеннего покоя.

Для пойменных луговых фитоценозов установлены особые феноритмотипы (Работнов, 1995), связанные с особым гидрологическим логическим режимом: а) растения, начинающие вегетацию рано весной и заканчивающие ее к началу заливания полыми водами; б) растения, начинающие вегетацию до заливания полыми водами, прекращающие ее под водой во время заливания и возобновляющие ее после схода полых вод с поверхности луга; в) растения,-начинающие вегетацию до заливания полыми водами, продолжающие ее под водой, развивая подводные побеги, и заканчивающие вегетацию после схода полых вод; г) растения, пребывающие в покоящемся состоянии до схода полых вод, после чего они начинают вегетировать и успевают закончить свой жизненнный цикл.

Распространенность феноритмотипов подчиняется определенным географическим закономерностям. Установлено, наприпример, что в тундровых фитоценозах преобладают летнезеленые растения с участием летне-зимнезеленых; в лесах таежного типа господствуют вечнозеленые и летнезеленые растения; на лугах -летнезеленые и летне-зимнезеленые растения; в пустынях высоко участие эфемерных растений. В то же время в одном фитоценозе, как правило, присутствуют различные феноритмотипы, и их состав, а также степень участия каждого из них влияют на ход сезонной ритмики фитоценоза.

Сезонной динамике подвержены различные признаки фитоценозов, но не в одинаковой степени (Работнов, 1978). Флористический состав фитоценозов является одним из наиболее стабильных признаков, так как он практически не зависит от фенологического развития растений. И все же сезонные изменения видового состава иногда случаются, например, при катастрофических изменениях погоды - при очень сильной засухе или необычайно сильных морозах, в связи с уничтожением некоторых ценопопуляций человеком или животными, при внедрении в фитоценозы новых видов растений и т.д. Однако такие изменения носят эпизодический характер. Они внутренне не присущи фитоценозу.

Иначе обстоит дело с составом вегетирующих и покоящихся популяций, существенно изменяющимися по сезонам года в некоторых фитоценозах. Особенно резко проявляется это в травянистых фитоценозах аридных областей, где длительные периоды засухи чередуются с периодами дождей. В таких условиях происходит смена фазы с преобладанием эфемеров и эфемероида на фазу с преобладанием растений пустынного типа. Так, например, в травянистых пустынях Средней Азии рано весной когда в почве еще сохраняется зимний запас влаги и выпадают дожди, формируется мезофитный травостой из эфемероидов - мятлика луковичного (Роа bulbosa) и осоки толстолобиковой (Carex pachystylis), а затем, с наступлением засухи и исчезновением воды в почве, мятлик и осока переходят в состояние сезонного покоя и формируется травостой из настоящих пустынных ксерофитов. Создается впечатление резких сезонных колебаний видового состава таких фитоценозов. Однако эти впечатления обманчивы, так как при учете состава не только вегетирующих и покоящихся ценопопуляций обнаруживается постоянство общего флористического состава.

В ряде фитоценозов достаточно выражены изменения по сезонам года возрастного состава ценопопуляций, В первую очередь это касается ценопопуляций однолетних растений полностью проходящих свой жизненный цикл развития за один вегетационный период, начиная от жизнеспособных семян и всходов до взрослых плодоносящих растений, и резко меняющих в своем составе соотношение возрастных групп от весны к лету и далее к осени и зиме.

Количественные соотношения ценопопуляций - один из наиболее неустойчивых признаков в сезонной динамики фитоценозов, так как он тесно связан с ростом и развитием растений. Все показатели количественного участия ценопопуляций: численность, проективное покрытие, масса - могут заметно варьировать по сезонам года, что ведет также к изменению суммарной численности растений, общего проективного покрытия общего урожая фитомассы в фитоценозе. Особенно резко бывают выражены колебания по сезонам года количественного участия ценопопуляций многолетних травянистых растений, у которых надземная сфера в течение одного вегетационного периода возникает, достигает максимального развития и затем отмирает нацело или почти нацело. Несколько меньше изменяются количественные соотношения у ценопопуляций листопадных деревьев и кустарников. И, наконец, очень слабо выражена сезонная динамика количественного участия ценопопуляций вечнозеленых растений.

Сезонные изменения морфологической структуру фитоценозов зависят, во-первых, от изменения количественных соотношений ценопопуляций, и, во-вторых, от наличия в фитоценозах определенных феноритмотипов. Поэтому сезонная динамика структуры выражена неодинаково у разных фитоценозов. Наиболее устойчива структура у фитоценозов, образованных вечнозелеными растениями. Таковы, например, вечнозеленые хвойные леса с напочвенным покровом из мхов, вечнозеленых кустарников и кустарничков. В течение всего года у них структура остается практически неизменной.

Менее устойчива структура листопадных лесов и зарослей кустарников, в особенности, если напочвенный покров в них образуется травянистыми ценопопуляциями, сильно меняющими в течение вегетационного периода свое количественное участие. Даже в том случае, когда напочвенный покров в фитоценозах листопадных лесов и кустарников образован вечнозелеными растениями, структура древесного и кустарникового ярусов сильно меняется от периода сформированных крон деревьев и кустарников к периоду их безлистного состояния.

И, наконец, морфологическая структура травяных фитоценозов очень резко меняется по сезонам года. Начиная с весны и до середины лета, увеличивается число побегов, их высота, площадь листовой поверхности, изменяется вертикальное распределение фитомассы в надземной части фитоценозов и в конечном счете травостой достигает наиболее сложной для него структуры. Со второй половины лета к осени происходит разрушение травостоя, и к концу вегетационного периода надземная масса фитоценоза отмирает полностью. В фитоценозах, используемых человеком в качестве сенокосов или пастбищ, на искусственный ход изменения структуры травостоя накладываются быстрые и резкие изменения ее в результате отчуждения значительной части фитомассы.

К изменчивым признакам в сезонной динамике фитоценозов от носится также аспект, под которым понимают внешний вид фитоценоза, его физиономичность в каждое конкретное время года. Смена аспектов фитоценозов определяется сезонной динамикой их структуры и сменой фенологического состояния ценопопуляций.

В главе 4 говорилось о том, что каждая ценопопуляция ежегодно проходит в своем развитии ряд стадий, или фенологических фаз, сроки которых у разных ценопопуляций оказываются неодинаковыми и могут сильно различаться. В результате этого, а также в связи с изменением структуры в разное время года фитоценозы имеют неодинаковый внешний облик, или, как говорят, претерпевают смену аспектов. Так, например, какой-нибудь луговой фитоценоз весной будет иметь низкий одноярусный травостой яркозеленого цвета, образованный еще нецветущими растениями. В начале лета, когда начинают формироваться ярусы травостоя и зацветает массово одуванчик, вид луга будет иным, так как травостой становится более сложным и имеет желто-зеленую окраску. В разгар лета, когда структура травостоя достигает максимальной сложности, а его цвет становится пестрым в связи с цветением злаков, клеверов (Trifolium), поповника (Leucanthem vulgare), зопника клубненосного (Phlomis tuberosa) и других растений, луг приобретает новый облик. И, наконец, поздно осенью луг имеет вид опустошенного участка монотонного бурого цвета, так как надземные части растений засыхают, полегают на поверхность почвы и надземная структура травостоя разрушается.

Смену аспектов переживают все фитоценозы, но не в одинаковой степени. Причем здесь проявляются те закономерности, что и при сезонной динамике структуры травянистых фитоценозов, в особенности для степных и пустынных с большим участием эфемерных растений, характерна резкая смена аспектов, а для вечнозеленых хвойных лесов с моховым напочвенным покровом или покровом из вечнозеленых кустарников и кустарничков - слабая, визуально трудно различимая смена аспектов.

Все рассмотренные сезонные изменения фитоценозов взаимосвязаны между собой и в совокупности обусловливали смену так называемых фаз сезонного состояния фитоценозов. К сожалению, в настоящее время вопрос о смене фаз сезонного состояния фитоценозов разработан еще очень слабо. И тем не менее имеющиеся на этот счет материалы убедительно свидетельствует о том, что каждый фитоценоз переживает в годичном цикле развития ряд фаз, особых состояний, которые могут существенно различаться. По данным А.П. Шенникова (1964) фазы сезонного состояния могут отличаться друг от друга: а) по количественным соотношениям и возрастному составу ценопопуляций, б) по морфологической структуре отдельных ярусов и фитоценоза в целом, в) по влиянию растений друг на друга, г) по продуктивности, д) по особенностям фитосреды, е) по особенностям биохимического состава и физиологических функций растений, ж) по аспекту, з) по хозяйственной значимости и по другим признакам фитоценозов. Таким образом, фазы сезонного состояния фитоценозе отличаются друг от друга большим числом признаков, среди которых имеются весьма существенные признаки. Это говорите том, что со сменой фаз сезонного состояния фитоценозы переживают достаточно глубокие изменения. Однако, все эти изменения обратимы, с наступлением очередной весны начинается следующий аналогичный годовой цикл развития фитоценоза. Поэтому фазы сезонного состояния любого фитоценоза доставляют собой временные модификации данного фитоценоза, они не выходят за его рамки.