Индикационная роль растительности при биологической рекультивации

Программа комплексных исследований фитоценозов техногенных ландшафтов

На Урале имеются значительные площади промышленных отвалов, где восстановление нарушенных почвенного и растительного покровов идет естественным путем. В то же время существует 40-50-летний опыт биологической рекультивации. Эта особенность Урала обусловила основной методологический подход: всестороннее комплексное исследование растительности, формирующейся на нарушенных промышленностью землях в процессе самозарастания и при биологической рекультивации (т. е. использование индикационной роли растительности). Это вполне правомерно в экстремальных условиях, характерных для большинства промышленных отвалов, когда формирование фитоценозов на безжизненных пространствах идет по типу первичной сукцессии [7, с. 27]. Комплексность проблемы рекультивации нарушенных земель многократно подчеркивалась многими исследователями этой проблемы [8, 9 и др.].

Фитоценоз рассматривается нами как интегральный показатель пригодности нарушенных промышленностью земель для биологической рекультивации, а при естественном восстановлении почвенного и растительного покровов (процесс самозарастания) — как наиболее доступный для изучения и информативный компонент биогеоценозов (техногенных экосистем) для оценки степени их сформированности, экологической и хозяйственной ценности, прогноза их развития. В исследованиях по биологической рекультивации нами используется комплексная программа по изучению фитоценозов техногенных ландшафтов [9, с. 9] (рис. 1).

Блок-схема программы по изучению фитоценозов техногенных ландшафтов

Рис. 1. Блок-схема программы по изучению фитоценозов техногенных ландшафтов

Каждый из приведенных блоков имеет вполне определенное индикационное значение:

  • а) степень пригодности для биологической рекультивации определяет наличие процесса самозарастания и его качество;
  • б) мониторинг флористического состава способствует индикации условий среды, т. е. отражает характер увлажнения, степень засоленности субстрата, индицирует pH среды, а также иллюстрирует процесс восстановления фиторазнообразия на нарушенных землях;
  • в) изучение структуры и жизненности ценопопуляций дает возможность выявить особенности возрастной и морфологической структур ценопопуляций, толерантных к специфическим условиям видов, видов с наибольшей ценотической значимостью, видов — концентраторов тяжелых металлов;
  • г) динамика и структура фитоценозов, микотрофность видов индицируют степень сформированности растительных сообществ и дают ключ для прогноза их формирования во времени с учетом стадии сукцессионного процесса;
  • д) продуктивность и химический состав — хозяйственные категории, которые дают представление о количестве и качестве фитопродукции.

Для многих техногенных объектов в процессе мониторинга получены хроноклины изменения встречаемости и обилия (рис. 2) преобладающих видов разнообразных растительных сообществ, что позволило дать классификацию видов по их позиции в сериальных фитоценозах отвалов техногенных объектов:

I группа — виды, характерные для группы «молодых» сообществ, иллюстрируют свойства эксплерентности;

II группа — виды индифферентные, присутствующие независимо от возраста сообществ, иллюстрируют свойства патиентности;

III группа — виды, характерные для группы «старых» сообществ, иллюстрируют свойства виолентности.

  • ? Artemisia absinthium L.
  • -«*• Calamagrostis epigeios (L.) Roth >« Kochia scoparia (L.) Schrad.
  • --Д- Taraxacum officinale Wigg.

Возраст, лет

Berteroa incana (L.) DC.

  • - -s- - Elytrigia repens (L.) Ncvski ^c^Poa prat ens is L.
  • Tussilago farfara L.

Рис. 2. Хроноклин изменения обилия видов

Для каждой из групп выделяются следующие подгруппы:

  • 1) виды, усиливающие позицию с возрастом сообществ (увеличивают класс постоянства, обилие, массу и др.);
  • 2) виды с позицией, не зависящей от возраста сообществ;
  • 3) виды, ослабляющие позицию с возрастом сообществ (зависимость выражается нисходящей или одновершинной кривой).

Виды, характерные для «молодых» и «старых» сообществ (группы I и III), в какой-то степени индицируют стадии сингенетических сукцессий на этих отвалах, степень сформированности сообществ, а виды группы II — экологические условия. Разные виды групп I и III на отвалах отражают вариабельность формирующихся сообществ, обусловленную заносом диаспор, некоторым различием конкретных экологических условий отвалов и др. Но эти группы иллюстрируют разные стороны единого процесса формирования фитоценозов на безжизненном субстрате: группа 1 определяет инициальные фитоценозы, отражая их вариабельность; группа III — позволяет прогнозировать возможное развитие фитоценозов с возрастом.

В качестве примера приведены данные по Коркинскому железнодорожному вскрышному отвалу (Челябинский угольный бассейн) (рис. 2). Площадь его 560 га, степень пригодности грунтов по ГОСТу — малопригодные, бедные элементами питания [10]. Поверхность отвала сложена аргиллитами, алевролитами, глинами с небольшим участием каменистых конгломератов и песчаников.

Для изучения динамики формирования фитоценозов были взяты геоботанические описания 2-, 3-, 6-, 8-, 10-, 12-, 14-, 16-, 18-, 20-летних растительных сообществ, сформированных на отвале. В основу данных исследований положены представления о том, что разновозрастные участки отвала, выстроенные в хроноряд, могут служить моделями разных временных стадий формирования биогеоценозов.

Примерное распределение видов по группам следующее:

I группа видов включает Kochia scoparia (L.) Schrad., Melilotus albus Medik., Polygonum aviculare L., Puccinellia distans (Jacq.) Pari., Amoria repens (L.) C. Presl, Tussilago farfara L.;

II группа — Artemisia absinthium L., Berteroa incana (L.) DC., Carduus nutans L., Convolvulus arvensis L., Linaria vulgaris L., Son-chus oleraceus L., Solanum dulcamara L.;

III группа—Achillea nobilis L., Calamagrostis epigeios (L.) Roth, Elytrigia repens (L.) Nevski, Poapratensis L., Poa trivialis L., Taraxacum officinale Wigg.

Виды группы 1 с разным обилием удерживаются в формирующихся фитоценозах преимущественно до 5 лет. Обилие видов группы II колеблется в пределах sol-sp в течение 20 лет. Виды группы III более или менее стабильно увеличивают обилие. Эти виды являются потенциальными доминантами. Чаще всего это вегетативно подвижные виды или виды с большим потенциалом семенного размножения (как Taraxacum officinale).

При математическом анализе обилия были приняты следующие экспертные оценки, близко соответствующие роли вида в фитоценозе: пп — 1, unor — 2, sol — 4, sol r — 5, sp — 8, spor — 10, cop] — 16, cop2 — 30, cop, — 60 [9].

В течение первых 6 лет идет постепенное увеличение видового богатства, в последующие годы количество видов колеблется в пределах 45 (табл. 1).

Т а б л и if а 1

Биоэкологическая структура (доля от общего числа видов, %) разновозрастных фитоценозов Коркинского отвала (лесостепная зона)

Наименование показателя

Возраст участков, лет

2

3

6

8

10

12

14

16

18

20

Жизненная форма по Раункиеру

Терофиты

33

39

22

3

14

9

9

-

9

10

Гемикриптофиты

50

39

66

74

65

70

72

78

71

67

Геофиты

17

17

10

13

9

9

9

11

9

10

Хамефиты

-

5

2

3

3

3

3

3

2

3

Фанерофиты

-

-

-

7

9

9

7

8

9

10

Экоморфа

Ксерофиты

17

4,5

7

3

5

2

3

3

2

8

Ксеромезофиты

22

39

9

8

12

23

9

17

9

13

Мезоксерофиты

17

9

15

10

23

21

22

22

25

25

Мезофиты

39

43

51

59

48

40

46

44

51

41

Мезофиты, ксеромезофиты

5

4,5

18

20

12

14

20

14

13

13

Всего видов

18

23

41

39

43

44

43

36

45

39

Молодые фитоценозы (1-2 года) формируют Kochia scoparia с проективным покрытием 40-60 % и Melilotus albus, на стадии фитоценоза доминантом растительных сообществ становится Роа pratensis. При прогнозировании на более длительный срок можно ожидать отдельные варианты с доминированием Calamagrostis epigeios и Elytrigia repens, так как при образовании рыхлой фракции в процессе выветривания каменистого субстрата появляются локальные участки, интенсивно заселяемые этими вегетативно подвижными видами.

Виды группы II (Artemisia absinthium, Berteroa incana и др.) с небольшим обилием присутствуют на всех растительных сообществах. Это потенциальные патиенты. Скорость и интенсивность процесса самозарастания определяются конкретными экологическими условиями и заносом семян.

При достаточно благоприятных экологических, в первую очередь эдафических, условиях и достаточном количестве семян в течение первых 2-3 лет могут формироваться одновидовые заросли с высоким проективным покрытием, особенно часто заросли Kochia scoparia, Atriplex littoralis L., Salsola australis R. Br. Особняком стоит вид Tussilago farfara, благодаря способности формировать корневища удерживается в растительных сообществах до 14 лет с высоким баллом обилия.

Общемировой проблемой в настоящее время является сохранение биоразнообразия Земли, соответствующие документы приняты и в нашей стране [11].

Видовой состав формирующихся разновозрастных фитоценозов на нарушенных промышленностью землях отражает процесс восстановления фиторазнообразия в различных экотопах.

Анализ динамики фиторазнообразия и биоэкологической структуры видового состава разновозрастных фитоценозов Коркинского отвала показал, что в растительных сообществах преобладают гемикриптофиты, число их растет от 50 до 67 %, доля хамефитов меняется незначительно (табл. 1). С увеличением возраста фитоценозов происходит уменьшение доли терофитов (от 33 до 10 %) и геофитов (от 17 до 10 %). Поселившиеся на восьмой год виды древесных (В etui a pendula Roth и В. pubescens Ehrh., Populus tremula L., Salix caprea L. и S. viminalis L.) составляют 7-10 %.

Анализ флоры по экоморфе иллюстрирует ксероморфные условия: доля ксерофитов, мезоксерофитов и ксеромезофитов составляет в разные годы от 31 до 61 %, а доля мезофитов — от 39 до 59 %.

Ареалогический анализ показал, что преобладающей широтной группой является бореальная, доля которой с возрастом сообществ интенсивно снижается за счет увеличения полизональных и лесостепных видов. Преобладающей долготной группой является евразиатская.

Всестороннее изучение растительности, формирующейся на нарушенных промышленностью землях, имеет и практическое значение, оно позволяет:

  • а) определить степень пригодности отвалов для биологической рекультивации;
  • б) выделить площади, не требующие биологической рекультивации;
  • в) разработать способы биологической рекультивации с учетом конкретных экологических условий.

Многолетние мониторинговые исследования дают возможность прогнозировать развитие фитоценозов и разработать схемы долгосрочного их формирования.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >