Analysis of phytosociological composition and spatial structure of the central zone of Lake Baikal Eastern coast vegetation

Abstract

The object of this study is the terrestrial ecosystem of Lake Baikal enlisted by UNESCO as the World Heritage Site. The analysis of spatial and phytosociological structures of the vegetation can reveal important stages of its formation and future dynamics. Today, the present flora and vegetation of the complex Baikal Siberian ecosystem is reflected in studies of many Russian and international phytosociologists. However, despite the huge amount of data, the phytosociological vegetation structure and its spatial distribution of the central zone of Lake Baikal eastern coast has not been studied. By this thesis, we provide the first results about the flora, phytosociological composition of the vegetation and the soil diversity of the central zone of Lake Baikal eastern coast. Selecting the area to study, we hypothesize that this complex territory can be considered as a model biome that adjoins Lake Baikal central zone in the east. The major landscape of the studied area is composed of forests complicated by the bogged valleys of the rivers Cheremshanka, Talovka and Bezymyanka. The Katkovskaya and Chernaya Griva mountains range stretches from the northto the east. 167 relevés were performed by standard methods of the Braun-Blanquet approach. To reveal the phytosociological composition of the vegetation supervised k-means classification was performed in JUICE program. By comparing the vegetation data from the studied area (167 relevés) with data from the adjacent territories of Lake Baikal, Svyatoi Nos Peninsula and the Barguzin mountain range (589 relevés) was obtained the final prodromus of the vegetation. The soil identification was performed according to Russian soil classification. The vegetation mapping was performed in ArcGIS 10.3.1 by the supervised image classification of multispectral panchromatic imagery SPOT 6. The vegetation of the territory under study is represented by four classes. The dominant type of the vegetation is represented by forests which are classified into Vaccinio-Piceetea Br.-Bl. in Br.-Bl. et al. 1939 class. The wetland vegetation includes two classes Scheuchzerio-Caricetea nigrae (Nordh. 1936) Тх. 1937 and Oxycocco-Sphagnetea Br.-Bl et R. Tx. 1943. The vegetation of shifting sands of the coastal line is classified into Brometea korotkyi Hilbig et Korolyuk 2000 class. For all phytosociological vegetation units are identified seven soil types, such as, Lithozems, Brown soil, Soddy Brown Forest soil and Rzhavozems, Fen Peat, and Peat Gleyzem. The soil distribution demonstrates its contingence with an altitudinal gradient; however, transitioning from mountain to plain areas, a hydrological regime becomes crucial. Despite a relatively small territory under study (approx. 500 km2), the vegetation is relatively diverse. Location of the studied area within the zonal forest belt contributes to the leading position of the forest communities. The close ground water occurrence creates suitable conditions for wetland vegetation formation. Lake Baikal coastal line is considered as a refugium of the unique ancient Miocene-Pliocene xerophytic vegetation and flora. Thus, Lake Baikal water body, mountain landform and close ground water occurrence contribute to the formation of diverse vegetation communities. We suggest that the vegetation of this relatively small territory can be considered as a model within the central zone of Lake Baikal eastern coast.

Das Objekt dieser Studie ist das terrestrische Ökosystem am Ostufer des einzigartigen Baikalsees, der ein UNESCO Weltnaturerbe darstellt. Untersuchungen der räumlichen und phytocoenotischen Struktur der Vegetation können wichtige Informationen in der Geschichte seiner Entstehung und der zukünftigen Dynamik aufzeigen. Heutzutage beschäftigen sich zahlreiche Studien sowohl russischer als auch internationaler botanischer Wissenschaftler mit der gegenwärtigen Flora und Vegetation des komplexen sibirischen Ökosystems rund um den Baikalsee. Doch trotz der großen Menge an Daten, stellt das im Rahmen dieser Studie behandelte Gebiet – die zentrale Zone der Baikalsee Ostküste - eine „leere Seite“ in der Erforschung desBaikal-sibirischen, terrestrischen Ökosystems dar. In dieser Arbeit werden die ersten Ergebnisse über die Flora, Vegetation und Bodenvielfalt der zentralen Zone der Baikalsee Ostküste präsentiert. Dabei folgten wir der Braun-Blanquet Methode, die als der „formale“ Ansatz für den Aufbau hierarchischer Vegetationsklassifikation betrachtet wird. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit, die Vegetation und Bodenvielfalt der zentralen Zone der BaikalseeOstküste zu studieren. Bei der Auswahl des Gebiets wird die Annahme getroffen, dass dieses komplexe Gebiet als Modelbiom betrachtet werden kann. Die Hauptlandschaft ist geprägt von Waldvegetation und komplex versumpften Flusstälern der Flüsse Cheremshanka, Talovka und Bezymyanka. Entlang des Baikalees und innerhalb des untersuchten Gebietes erstreckt sich in nord-östlicher Richtung das Katkovskaya Gebirge. 167 Vegetationsaufnahmen nach Standardmethoden des Braun-Blanquet Verfahrens wurden aufgenomnmen. Um die Vegetationsvielfalt aufzuzeigen wurde eine k-means Klassifizierung im JUICE – Programm durchgeführt. Der Vergleich der Vegetationsdaten des Untersuchungsgebiets (167 relevés) mit den Daten der benachbarten Gebiete des Baikalsees, wie der Swjatoi Nos Halbinsel und des Bargusin Rückens (589 relevés) führte zum endgültigen prodromus der Vegetation. Die Beschreibung der Böden erfolgte mit Hilfe der Russischen Bodenklassifikation. Ein räumliches Modell der Vegetationsverteilung wurde mit Hilfe einer supervisedimageclassification von multispektralen Daten des SPOT6- Satelliten in ArcGIS 10.3.1 dargestellt.Die Vegetation des untersuchten Gebiets wird von 4 Klassen repräsentiert. Die vorherrschende Vegetation wird durch Wälder derVaccinio-Piceetea Br.-Bl. in Br.-Bl. et al. 1939 Klasse gebildet. Die Vegetation der Moore umfasst die zwei KlassenScheuchzerio-Cariceteanigrae (Nordh. 1936) Tx. 1937 und Oxycocco-Sphagnetea Br.-Bl et R. Tx. 1943. Die Vegetation Flugsanddünen der Küstenlinie wurde der KlasseBrometeakorotkyi Hilbig et Korolyuk 2000 zugeordnet. Für alle Vegetationstypen wurden 7 Bodenreferenzgruppen bestimmt:Lithozem, Brown Soil, Soddy Brown Forest Soil, Rzhavozems, Fen Peat Soil, Peat Gleyzem und Psammozem. Boden- und Vegetationsverteilung zeigen ihre Verflechtung im Höhengradienten, jedoch nimmt mit dem Übergang vom Gebirge zu ebenen Flächen der Wasserhaushalt kontinuierlich an Bedeutung zu.Trotz der relativ kleinen untersuchten Fläche (ca.500 km 2) ist die Vegetation relativ vielfältig. Die Lage des untersuchten Bereichs innerhalb des zonalen Waldgürtelsträgt zur offensichtlich führenden Position der Waldgesellschaftenbei. Die saisonale Verteilung des Frostes, das gut ausgebaute Netz von Flüssen und die Geländemorphologie bieten geeignete Bedingungen für die Moorbildung. Die Wellenaktivität des Baikalsees trägt zur Erhaltung der einzigartigen, alten Sandgesellschaften. Daher schlagen wir vor, die Vegetation des untersuchten Gebiets als Modell der zentralen Zone der BaikalseeOstküste zu betrachten.