Основные цели и задачи геоботаники. Методы геоботанических исследований

Геоботаника как наука

Геоботаника (от греческого ge – земля и botanicos – относящийся к растениям) – это наука о растительном покрове Земли как совокупности растительных сообществ. Геоботаника изучает состав, строение, классификацию, закономерности формирования, развития и размещения растительного покрова Земли и его связь с окружающей средой. Она охватывает весь спектр взаимоотношений в пределах одного растительного сообщества, между отдельными сообществами, а также между растительным сообществом и окружающей его природной средой. Термин «геоботаника» для учения о растительном покрове был предложен в 1866 г. одновременно и независимо друг от друга русским ботаником Ф. И. Рупрехтом и немецким ботаником А. Гризебахом.

Перед тем, как перейти к рассмотрению структуры геоботаники, следует остановиться на некоторых терминах и, в первую очередь, на таких, как «флора» и «растительность». Флора – исторически сложившаяся совокупность видов растений на определенной территории. Флористика изучает флоры, историю их формирования, распределение отдельных видов (ареалы видов) на определенной территории, их распространение и т.д. При этом основной единицей флористики является вид как таксономическая категория.

Растительность – это совокупность растительных сообществ (фитоценозов) на какой-либо территории, то есть совокупность растений, произрастающих на какой-либо площади, вне зависимости от того, насколько сомкнуты растения и насколько сильны взаимодействия между ними (Василевич, 1983). Растительность характеризуется не только видовым составом, а, главным образом, обилием видов, их пространственной структурой, динамикой и возникающими внутри сообществ экологическими связями.

Фитоценоз – «всякая конкретная группировка растений, на всем протяжении занимаемого ею пространства относительно однородная по внешности, флористическому составу, по условиям существования» (Шенников, 1964: 12). Фитоценоз является частью (автотрофным блоком) более сложной системы – биоценоза, в который, помимо фитоценоза, входят также зооценоз (совокупность животных) и микробоценоз (совокупность микроорганизмов). Совокупность биоценоза, занимаемого биоценозом пространства и экотопа (режимов среды биоценоза: воздушного, водного, температурно-радиационного, минерального питания и др.) образуют биогеоценоз. В функциональном отношении биогеоценоз идентичен экосистеме. Но между данными понятиями есть и некоторые различия. Экосистема – это «любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями» (Одум, 1988). То есть, в качестве экосистем можно рассматривать как гниющий пень, так и весь лесной массив, в котором этот пень расположен. Биогеоценоз же является участком земной поверхности в границах входящего в него фитоценоза, то есть всегда имеет определенные минимальные границы. Таким образом, всякий биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема – биогеоценозом.

Являясь комплексной наукой, геоботаника подразделяется на ряд частных дисциплин (рис. 1):

Рис. 1. Структура геоботаники как комплексной науки.

· фитоценохорология (география растительности, хорологическая геоботаника) – раздел геоботаники, изучающий закономерности географического распределения различных синтаксономических единиц растительности на поверхности Земли; включает в себя:

· геоботаническое картографирование – составление геоботанических карт растительности различного масштаба;

· геоботаническое районирование – выявление территориальной дифференциации растительности на внутренне однородные районы, обладающие индивидуальными свойствами;

· фитоценология – раздел геоботаники, изучающий взаимодействие растений друг с другом и с окружающей средой, формирование структуры растительных сообществ и их комплексов, динамику этих процессов. Она подразделяется на:

· общую, в которой рассматриваются общие закономерности структуры растительных сообществ (синморфология), закономерности их формирования и динамики (синдинамика), взаимоотношение компонентов растительных сообществ с окружающей средой и друг с другом (синэкология), а также классификация растительных сообществ (синтаксономия);

· специальную – общая фитоценология применительно к отдельным типам растительности. Разделами специальной геоботаники являются лесоведение, луговедение, болотоведение и т.д., которые, в свою очередь, служат теоретической основой прикладных наук агрономического цикла: лесоводства, луговодства, культуры болот и др.

· историческая геоботаника – раздел геоботаники, исследующий изменение растительности в геологических масштабах времени в связи с изменением климата и поверхности Земли. При изучении изменений растительности под воздействием антропогенного фактора масштабы времени сопоставимы со временем существования человеческой цивилизации – до нескольких столетий.

Таким образом, геоботаника является синтетической наукой. Так, фитоценохорология очень тесно связана с комплексом географических наук и ботанической географией, историческая геоботаника частично перекрывается с палеоботаникой; а фитоценология пересекается с флористикой и экологией растений.

Геоботаника нередко рассматривается как синоним фитоценологии, что, на наш взгляд, не совсем точно. В центральной Европе геоботаника рассматривается в широком объеме, то есть, помимо фитоценологии в узком смысле, она включает в себя географию растительности и, иногда выделяемую в отдельное направление, историческую геоботанику. Данный подход представляется наиболее рациональным, кроме того, в современной литературе он применяется все более широко.

Некоторые ученые, особенно американские и английские, в качестве синонима геоботаники довольно широко используют и такой термин, как «синэкология», под которым понимают науку о растительных сообществах. При этом геоботаника, особенно фитоценология, рассматривается как часть экологии растений или экологии растительных сообществ. Но, как видно из приведенной выше схемы, в состав геоботаники (и фитоценологии тоже), помимо синэкологии (экологии фитоценозов) входят и другие разделы: морфология, география, классификация фитоценозов, учение о развитии и сменах фитоценозов и др., и поэтому синэкология является лишь частью геоботаники, хотя и немаловажной. В то же время нельзя сводить и экологию в целом к геоботанике. Дело в том, что экология – это наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Полное разделение геоботаники и экологии как отдельных наук произошло в конце 70-х годов 20 столетия, когда В. Д. Федоровым (Федоров, 1977) была сформулирована экологическая парадигма, согласно которой специфическим, уникальным объектом экологии является экосистема, а не отдельные особи, популяции и даже сообщества.

Состав фитоценоза

Флористичный состав. Любой фитоценоз характеризуется определенным видовым составом и присущим лишь ему соотношением видов разных систематических категорий. Количественное соотношение видов в фитоценоза является характерным его признаком.

Флористическое богатство. Это вся совокупность видов, которые населяют фитоценоз, которая зависит от климатических условий, активности видообразования, давности территории, которую занимает фитоценоз, степени нарушения естественных комплексов и тому подобное.

Экологические группы растений. Флористический состав фитоценоза можно распределить на отдельные группы за их принадлежностью к однотипным экологическим условиям (микрорельеф, разновидность почв, степень увлажнения, освещения, кислотность и тому подобное).

Екобиоморфний состав. Очень редко фитоценозы образованы одним видом сосудистых растений, или несколькими, которые относятся к одной екобиоморфи. Экологическая неоднородность видов растений, которые образуют фитоценозы, обусловливает их морфологические отличия.

Географические элементы. Флористичный состав фитоценоза может быть разделен на группы видов, которые принадлежат к одному типу ареала и входят водному ценотическому элементу. Совокупность однородных географических элементов составляет географическую структуру ценотической флоры.

Фитоценотипний состав. Кроме флористического состава, существенным признаком фитоценозов является количественное соотношение видов, которые входят к нему. Поскольку фитоценозы очень разные в генетическом, структурном и экологическом отношениях, потому виды, которые их образуют, не равнозначные вценотичном плане. Ценопопуляционный состав. Ценотическая популяция – это биотическая целостность, которая состоит из особей одной видовой принадлежности, которые могут существовать и размножаться, будучи связанными в определенную систему. Они не переходят границы фитоценоза и формируются под воздействием ценотических условий, имея одинаковую реакцию на абиотические факторы.

Структура фитоценоза

Под структурой фитоценоза стоит понимать особенности размещения растений, их органов и частей в пространстве и времени.

Ярусность – структурное вертикальное розчленение фитоценоза на виды, из которых они состоят, к факторам окружающей среды.

Фитоценотипний горизонт. Когда ярусность выражена не четко, а наблюдается, особенно на лугах, постепенность в высоте фитоценоза, тогда выделяют определенные горизонты в вертикальной структуре. Фитоценотипний горизонт – это вертикально обусловлена и не размежевана структурная часть фитоценоза.

Признаки фитоценоза

Любой фитоценоз имеет определенный трехмерный (длина, ширина, высота) пространственный и часовой измерения. Площадь фитоценоза. Она определяется за первыми двумя параметрами. Границы фитоценоза. За контурным очерчиванием различают прямолинейные сплошные границы фитоценоза: каемчатые, диффузные и мозаичные. Выявление флоры. Всесторонне изучить любую растительную группировку можно лишь установив полный флористический состав этого фитоценоза. Связи с другими биосистемами. В отличие от экосистемы, биогеоценоз имеет свою определенность, которой является фитоценоз, что составляет его границе. По мнению О.П. Шенникова, экосистемой можно было бы назвать совокупность организмов и среды любого объема, подобно растительной группировке в фитоценологии и группировка в биоценологии.

Естественный, образованный разными видами травянистых растений

Пространственная структура фитоценозов

Как уже неоднократно говорилось, фитоценоз представляет собой сложную систему. Морфологическая структура любой системы определяется пространственным расположением отдельных структурных элементов.

Как правило, фитоценозы могут быть расчленены на достаточно хорошо отграниченные в пространстве (по вертикали и горизонтали), а иногда и во времени элементарные структуры. Их принято называть ценоэлементами.

К основным ценоэлементам фитоценозов относят ярусы и микрогруппировки. Первые характеризуют вертикальное, а вторые горизонтальное расчленение растительных сообществ.

Геоботаника как наука

Являясь комплексной наукой, геоботаника подразделяется на ряд частных дисциплин (рис. 1):

Рис. 1. Структура геоботаники как комплексной науки.

Основные цели и задачи геоботаники. Методы геоботанических исследований

Цель геоботаники – выяснение причин, обусловливающих закономерности группирования растений в пространстве и во времени, познание свойств и качеств образующихся группировок, закономерности их распределения на земном шаре, поиск путей управления ими (улучшения и увеличения производительности, создания новых группировок), выработка стратегии их охраны и рационального использования.

Для достижения поставленной цели геоботаника как наука должна решить ряд конкретных задач:

1) определение фитоценотического состава растительного покрова;

2) изучение флористического состава и строения выделенных фитоценозов;

3) выяснение зависимости фитоценотического состава растительного покрова, флористического состава фитоценозов и их строения, распределения и пространственных соотношений от климатических и топографических условий, от биотических факторов среды и степени антропогенной нагрузки;

4) изучение генезиса и эволюции растительности, динамики фитоценозов;

5) изучение формирования, изменяемости и смен фитоценозов во времени в зависимости от внешних и внутренних факторов;

6) анализ фитоценотических отношений между растениями в зависимости от условий существования, биологических и экологических особенностей растений и их взаимного размещения;

7) изучение взаимодействия и взаимообусловленности фитоценоза и окружающей среды;

8) выяснение состояния растительного покрова в геологическом и историческом прошлом и отражения прошлого в современной растительности;

9) установление классификационных единиц разного ранга и систематизация типов фитоценозов, то есть классификация и систематика растительности;

10) хозяйственная характеристика форм растительности и выяснение путей их улучшения, более рационального размещения, охраны и использования.

Подытоживая изложенное выше, можно сказать словами А. П. Шенникова, что у геоботаники «задача одна: полноценное фитоценологическое исследование растительного покрова; перечисленные же задачи – лишь разные стороны, с каких должен быть рассмотрен изучаемый предмет» (Шенников, 1964: с. 15).

Для того чтобы решить поставленные задачи, геоботаника использует целую систему методов. Существует несколько различных вариантов классификации методов, используемых при геоботанических исследованиях. Мы придерживаемся схемы Б. М. Миркина (Миркин и др., 1989), в основу которой положен метод биологического познания – описательно-регистрационный (наблюдение) или экспериментальный, а также признак кратности учета. При этом выделяются три группы методов.

· Маршрутные методы – класс методов, которые реализуются путем однократных учетов по ходу маршрута. Они могут быть разномасштабными и охватывать как небольшие участки растительности, так и целые области, а также разными по степени точности, то есть опираться как на чисто визуальные оценки, так и на точные методы учета.

· Стационарные методы – класс методов, которые реализуются путем многократного повторного изучения 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) и выполняться как с использованием визуальных оценок (например, многократное посещение одних и тех же участков растительности для визуальных наблюдений флуктуаций), так и с применением целого арсенала сложных приборов. В большинстве своем подобные стационарные геоботанические исследования перерастают в исследования экологические, так как изменения параметров растительности анализируются параллельно с учетом параметров среды.

· Экспериментальные методы – класс методов, которые реализуются путем активного вмешательства в наблюдаемую растительность и среду. К числу экспериментальных исследований относятся, например, изучение влияния удобрений на растительность, создание искусственных фитоценозов, включение в состав естественных сообществ новых компонентов (или их исключение), снижение уровня конкуренции обрезкой корней деревьев и так далее. Особым видом экспериментальных исследований являются методические эксперименты, которые проводятся с целью сравнения разных методов получения исходных данных и их обработки; к экспериментальным методам следует отнести и моделирование фитоценотических систем.

12 3 4 Следующая ⇒