Научная статья на тему 'Экологический мониторинг степного комплекса в условиях техногенного воздействия'

Экологический мониторинг степного комплекса в условиях техногенного воздействия Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
103
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОРСКО-НОВОТРОИЦКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ УЗЕЛ / РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ / ДИНАМИКА / ПРОДУКЦИОННО-ДЕСТРУКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ / РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА / ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО / ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ / ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ / ORSK-NOVOTROITSK INDUSTRIAL CENTER / VEGETATION COVER / DYNAMICS / PRODUCTION-DESTRUCTIVE PROCESSES / PLANT ASSOCIATIONS / ORGANIC MATTER / MAXIMUM PERMISSIBLE CONCENTRATION / TECHNOGENIC IMPACT

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Чикенёва Ирина Валерьевна

Изучено современное состояние степных ландшафтов в зоне действия Орско-Новотроицкого промышленного узла. Рассмотрена динамика продукционно-деструкционных процессов в степных растительных сообществах, выявлены особенности накопления макроэлементов (азота, калия, фосфора) и тяжёлых металлов в различных функциональных блоках исследуемых сообществ, различающихся видовым составом и удалённостью от источников техногенного загрязнения. Оценка состояния и развития исследуемых сообществ позволила сделать вывод, что фитоценозы, развивающиеся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, адаптированы к сложившимся условиям и являются жизнеспособными. Изучаемые растительные сообщества выходят из кризисного состояния путём изменения направленности процессов, с учётом сложившихся климатических и экологических условий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Чикенёва Ирина Валерьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ECOLOGICAL MONITORING OF THE STEPPE COMPLEX EXPOSED TO TECHNOGENIC IMPACT

The present-day situation of steppe landscapes in the zone of Orsk-Novotroitsk industrial center has been studied. The dynamics of production-destruction processes in the steppe plant association has been considered and the peculiarities of macroelements (nitrogen, potassium, phosphorus) and heavy metals accumulation in various functional blocks of the communities under study, differing in species composition and remoteness from sources of technogenic pollution, have been revealed. The assessment of the condition and development of the plant associations studied has led to the conclusion that phytocenoses developing in the zone of the Orsko-Novotroitsk industrial center are adapted to the existing conditions and are viable. The plant associations come out of the critical state by changing the direction of the processes, with allowance for the prevailing climatic and environmental conditions.

Текст научной работы на тему «Экологический мониторинг степного комплекса в условиях техногенного воздействия»

Экологический мониторинг степного комплекса в условиях техногенного воздействия

И.В. Чикенёва, к.б.н, ФГБОУ ВО Оренбургский ГПУ

Первые работы, связанные с изучением востока Оренбургской области, приходятся на XVII— XVIII вв. В начале XIX в. крупнейший учёный в области минералогии и геохимии академик А.Е. Ферсман указывал на крупные месторождения в районе современного Орско-Новотроицкого промузла. В 1929 г. геолог И.Л. Рудницкий открыл Халиловское месторождение бурых железняков, площадь которого около 2000 км2. В 1940—1943 гг. началось изучение района будущего г. Новотроицка в связи со строительством Орско-Халиловского металлургического комбината (ОХМК). Для ведения строительства такого крупного комбината была создана производственная база: построены деревообрабатывающий, цементный и кирпичный заводы, проведена разработка песчаного и каменного карьеров, построена железнодорожная линия. В связи с промышленным освоением целинных земель происходила мощная трансформация растительного и почвенного покрова.

Современный Орско-Новотроицкий промузел (площадь около 1,8 тыс. км2) является крупнейшим металлургическим центром Южного Урала, в пределах которого на сравнительно небольшой площади сконцентрировано большое количество экологически опасных объектов широкого спектра отраслей. Санитарно-защитные зоны для отдельных предприятий относительны. Их территории не организованы, не благоустроены и не выполняют своих функций.

Орско-Новотроицкий промышленный узел расположен на территории крайнего востока европейской части России, в среднем течении р. Урала, в районе отрогов Южного Урала, среди пологих образований Салаирской гряды и сопок, составляющих оконечность Губерлинских гор, и имеет ярко выраженные платформенные черты. Климат района исследования резко континентальный. Погодные условия 2013 г. оказались наиболее засушливыми, а в 2014 г. более влажными. Почвенный покров Орско-Новотроицкого промузла представлен в основном южными карбонатными чернозёмами. Район исследования относится к степной зоне, подзоне типчаково-ковыльных степей [1].

Актуальность настоящего исследования определяется ограниченностью научных данных о состоянии растительности вблизи крупных промышленных предприятий Орско-Новотроицкого промузла.

Материал и методы исследования. В задачи исследования входило изучение динамики продукционно-деструкционных процессов в степных растительных сообществах, а также выявление

особенностей накопления макроэлементов (азота, калия, фосфора) и тяжёлых металлов в различных функциональных блоках исследуемых сообществ, различающихся видовым составом и удалённостью от источников техногенного загрязнения.

В основу методики исследования положены рекомендации, содержащиеся в известных общепринятых руководствах.

Были выбраны четыре стационарных участка. Два из них находились в непосредственной близости к промышленным предприятиям (№ 2 и 3), один на удалении 3 км (№ 1). Контрольный участок (№ 4) был заложен в 30 км северо-западнее от промузла.

Для количественного описания динамики органического вещества в сообществах использовали методику А.А. Титляновой (1971). Запас корней учитывали методом монолитов (М.С. Шалыт, 1950; Н.А. Лапинскене, 1986). На основе полученных данных о динамике основных блоков в исследуемых сообществах при помощи балансовых уравнений А.А. Титляновой (1979) рассчитан продукционно-деструкционный процесс.

Блок — любое природное тело, в которое вещество (или энергия) поступает, в котором оно может перерабатываться и из которого выходит. Блоком может быть любой компонент биогеоценоза (или его часть), который характеризуется запасами изучаемых веществ, хранящимися в нём. Были приняты следующие обозначения: G — зелёная надземная масса, L — подстилка, D — ветошь, R — живые корни, V — мёртвые корни, «av» указывает на среднее значение за определённый период, «max» — максимальное значение соответствующего запаса за период, ц/га — единица измерения запасов и приростов.

С целью установления влияния промышленного воздействия на растительный покров отбирали пробы надземных и подземных органов растений для биохимических анализов.

Изучить продуктивность растительного сообщества — значит исследовать биологический круговорот в нём по всем его звеньям и составляющим. В экосистеме растительное вещество расположено в двух сферах — надземной (ANP) и подземной (BNP), в которых создаётся чистая первичная продукция. Соотношение запаса мёртвого вещества к живому в надземной и подземной сферах [(Dav + Lav + Vav)/(Gav + RJ] характеризует жизнеспособность сообщества, показывает устойчивость к экстремальным почвенным и погодным условиям.

Формирование G зависит от мощности корневой системы, поэтому важно знать не только запасы надземных и подземных органов, но и их соотношение, т.е количество весовых единиц корней, приходящихся на единицу массы зелёных побегов

(Rav/Gav). Соотношение указывает на адаптивность фитоценозов к сложившимся экологическим условиям. При удовлетворительном результате соотношение больше 1 [2, 3].

Оценивая состояние и развитие исследуемых сообществ по динамике запаса органического вещества в основных блоках исследуемых сообществ, можно сделать вывод, что засушливый год является более продуктивным, чем влажный. Изучаемые растительные сообщества являются оригинальными, выходя из кризисного состояния путём изменения направленности процессов с учётом сложившихся климатических и экологических условий.

Для описания продукционно-деструкционных процессов в основных блоках мы использовали знак приращения Д (т.е. Д О, Д D, Д L, Д R, Д V). Продукционно-деструкционные процессы включают в себя не только прирост живой органической массы, но и отмирание растений или их отдельных частей, образование мортмассы и её минерализацию. Для обозначения минерализации нами вслед за А.А. Титляновой (1979) были приняты следующие значения: М — минерализация надземного органического вещества; W — его минерализация в подземной сфере.

При расчёте продукционно-деструкционного процесса за период исследования в этих сообществах стоит заметить, что ритмика процессов отмирания и разложения связана с фазами развития видов, слагающих сообщество (доминанта и со-доминантов), и с погодными условиями. Приращение подстилки зависит от погодных условий и накопления ветоши. Процесс минерализации L во влажный период более активен, чем в засушливый. Переход ветоши в подстилку происходит непрерывно в течение всего вегетационного периода, этот процесс учащается в период суховеев и осадков [4].

Результаты исследования. Несмотря на то что влажный год был наиболее благоприятен в отношении климатических условий, продукционные процессы в сфере ANP шли активнее в засуш-

ливый. В подземной сфере BNP, за исключением залесскоковыльно-полынково-типчакового сообщества, наблюдалась такая же тенденция. Активность минерализации подстилки и мёртвых корней снижается во влажный год по сравнению с предыдущим в залесскоковыльно-полынково-типчаковом и грудницево-залесскоковыльном, а в залесскоковыльном и молочайно-пырейно-житняковом, напротив, возрастает. Для последних двух сообществ наблюдается сходство и в отношении содержания макроэлементов, которое также возрастает во влажный год по сравнению с засушливым (табл.).

Продукционно-деструкционные процессы наиболее активно проходят в блоках грудницево-залесскоковыльного и залесскоковыльного сообществ. Наиболее низкопродуктивным является залесскоковыльно - полынково -типчаковый фито -ценоз.

При усиленной минерализации мортмассы образуется необходимое количество макроэлементов, необходимое для полноценного развития сообщества.

В засушливый год запас органического вещества в исследуемых сообществах, масса новообразованного и минерализованного гумуса, а также содержание макроэлементов имеют более высокие показатели. Концентрация ТМ выше во влажный год. Накопление макро- и микроэлементов активнее происходит в подземной сфере растительных сообществ.

Наибольшей жизнеспособностью отличается молочайно-пырейно-житняковое сообщество, особенно в засушливый год. Тем не менее стоит заметить, что при общей увеличивающейся техногенной нагрузке во влажный год залесскоковыль-ное и грудницево-залесскоковыльное сообщества становятся более жизнеустойчивыми. При этом грудницево-залесскоковыльное сообщество улучшает и свою адаптивность, чего нельзя сказать о других сообществах.

Основные показатели в исследуемых сообществах, развивающихся на территории Орско-Новотроцкого промузла

Сообщество Залескоковыльно-полынково-типчаковое Залесско-ковыльное Молочайно-пырейно-житняковое Грудницево-залесско-ковыльное

Показатель/год

2013 2014 2013 2014 2013 2014 2013 2014

Д G 58,4 16,4 66,4 35,7 49,2 41,6 16,7 17,2

Д D 74,1 26,0 63,4 48,1 71,2 59,6 20,7 19,6

Д L 75,5 28,0 65,0 46,9 70,8 59,0 20,2 18,4

М 72,2 24,0 41,7 44,5 76,5 86,6 32,9 11,0

Д R 69,1 72,8 178,9 56,0 432,0 132,0 396,7 194,0

Д V 22,7 66,8 145,3 56,0 439,9 86,0 386,7 144,4

W 31,6 16,1 0 48,0 64,7 116,0 293,4 50,4

(Dav+Lav+VJ/^+RJ 0,8 0,6 0,6 0,7 1,2 0,9 0,5 0,9

Rav/ Gav 5,3 3,6 6,0 2,6 7,9 4,6 7,8 9,0

Итог. баланс гумуса, кг/га 2749,1 2052,4 8122,9 3056,4 7480,6 3580,0 7770,8 3982,2

N + Р + К, мг/кг 373,0 277,4 633,4 403,3 455,0 502,3 822,5 389,8

Есодерж. ТМ в раст. сообщ. мг/кг 1235,1 4297,5 2508,6 4015,3 12046,3 72650,0 1350,5 2201,1

По результатам проведённого исследования следует отметить, что молочайно-пырейно-житняковое сообщество, развивающееся в непосредственной близости к промышленному предприятию и находящееся на территории г. Орска, обладает наибольшей жизнеустойчивостью и высокой адаптивностью к сложившимся техно -генным условиям, но при этом баланс гумуса незначителен, а в исследуемых блоках фитоценоза отмечается максимальное содержание ТМ. Грудницево-залесскоковыльное сообщество, расположенное в 30 км от промзоны, обладает также высокой жизнеспособностью и адаптивностью, при этом показатели баланса гумуса имеют наилучшее значение среди исследуемых участков, а в основных блоках этого фитоценоза содержание тяжёлых металлов незначительно.

В растительных сообществах, развивающихся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, наиболее активно накапливаются Мп и №, в меньшей степени Cd, Со и РЬ. Отклонение от ПДК в сторону превышения, увеличивающееся к концу вегетационного периода, отмечено во всех блоках исследуемых сообществ. По мере приближения к промузлу концентрация ТМ увеличивается во всех исследуемых блоках растительных сообществ.

Отмечено сходство показателей содержания ТМ между залесскоковыльно-полынково-типчаковым и молочайно-пырейно-житняковым сообществами,

что связано с приблизительно одинаковым удалением от источника загрязнения, а также залес-скоковыльным и грудницево-залесскоковыльным сообществами, для которых характерно сходство видового состава.

Вывод. Оценивая состояние и развитие исследуемых сообществ, можно сделать вывод, что фитоце-нозы, развивающиеся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, адаптированы к сложившимся условиям и являются жизнеспособными. Изучаемые растительные сообщества выходят из кризисного состояния путём изменения направленности процессов, с учётом сложившихся климатических и экологических условий.

Литература

1. Чикенёва И.В. Эколого-биогеохимическая оценка растительного покрова зоны влияния Орско-Новотроицкого промышленного узла: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2009. 174 с.

2. Чикенёва И.В., Кин Н.О. Динамика растительного покрова развивающегося в условиях воздействия промышленных предприятий (на примере Орско-Новотроицкого промузла Оренбургской области) // Естественные и технические науки. 2007. № 6 (32). С. 77-83.

3. Чикенёва И.В., Кин Н.О., Климентьев А.И. Продукционно-деструкционный процесс в подземных органах растительных сообществ Орско-Новотроицкого промузла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2008. № 2 (18). С. 217-219.

4. Чикенёва И.В. Агроэкологическая оценка качества почвы, находящейся под техногенным прессом Орско-Новотроицкого промышленного узла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 5 (49). С. 171-174.

Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения

В.Б. Черняхов, к.г.-м.н, Е.Г. Щеглова, к.б.н, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Джусинское месторождение расположено к югу от железнодорожной станции Теренсай Адамовского административного района Оренбургской области. Сейчас оно отрабатывается для нужд Гайского ГОКа [1]. Распределение микроэлементов как в почвообра-зующих породах, так и в почвенном покрове участка месторождения изучено достаточно подробно [2, 3].

Материал и методы исследования. Целью данного исследования являлось изучение распределения микроэлементов в дикорастущем травостое участка месторождения.

Задача, поставленная перед исследованием, заключалась в оценке соответствия спектра микроэлементов в растительном покрове спектру микроэлементов в исходном рудном объекте и почвенном субстрате, на котором произрастает эта растительность.

Методика исследования полностью соответствует действующим инструктивным указаниям и описана в ранее опубликованных работах [4, 5].

Результаты исследования. Судя по полученным данным, характер почвенного покрова Джусинского месторождения определяется его положением в зоне южных чернозёмов и наличием крупной водной артерии — р. Джусы, пересекающей участок с северо-востока на юго-запад. Пенепленезиро-ванный характер участка обусловил значительное меандрирование реки и наличие широкой гаммы аллювиальных отложений, свойственных равнинным рекам. К руслу реки с севера близко подступают контуры ортоэлювиальных ландшафтов с резко переменной мощностью эллювиального покрова. В совокупности это определило пестроту почвенного покрова. Последнее усугубляется значительной солонцеватостью и солончаковостью, имеющей сложный генезис. Преобладающая роль принадлежит чернозёмам южным, подчинённая — лугово-болотным разностям. Наиболее эродированной является северо-западная часть участка. Контуры ландшафтов на маломощном элювии (0,2 м) имеют вытянутую форму согласно простиранию пород, наиболее устойчивых к выветриванию. Последние

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.