CC BY
60
УДК 581.55
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-16027
ФОРМИРОВАНИЕ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ЗОЛООТВАЛАХ НИЖНЕТУРИНСКОЙ ГРЭС
Т. С. Чибрик, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией, Tamara.Chibrik@urfu.ru, Н. В. Лукина, кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник, natalia.lukina@urfu.ru,
Е. И. Филимонова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Elena.Filimonova@urfu.ru,
М. А. Глазырина, кандидат биологических наук,
доцент, старший научный сотрудник,
Margarita.Glazyrina@urfu.ru,
Е. А. Раков, старший преподаватель,
Evgeniy-rakov@mail.ru,
Институт естественных наук и математики, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), Екатеринбург, Россия
В статье приведены результаты мониторинговых исследований трансформации растительного покрова в течение 35 и 55 лет на двух золоотвалах Нижнетуринской ГРЭС (таежная зона) в зависимости от рекультивационных мероприятий и ландшафтного окружения. Показано, что на золе в антропогенном окружении и при высокой рекреационной нагрузке формирование растительности идет от мелкобурьянистых экотопических группировок к разнотравно-вейнико-вым и вейниковым фитоценозам. Рекреационная нагрузка задерживает поселение древесных видов. Рекультивационные мероприятия санитарно-гигиенического и рекреационного направления (покрытие поверхности слоем глинистого грунта) ускоряют процесс формирования лесных фитоценозов: к 20—25-летнему возрасту формируется мелколиственный лес из раннесукцессионных видов (Salix caprea L., Betula pendula Roth, Populus tremula L. и Pinus sylvestris L.). К 30—35-летнему возрасту в древесном ярусе в подросте появляются позднесук-цессионные виды: Abies sibirica Ledeb., Picea obovata Ledeb. В 20—25-летних лесных фитоценозах при сниженной антропогенной нагрузке на золе с покрытием грунтом отмечено появление видов семейства Orchidaceae Juss. Полив сточными водами способствовал созданию на золоотвале НТГРЭС устойчивых высокопродуктивных растительных сообществ, трансформировавшихся со временем в вейниковые фитоценозы с доминированием Calamagrostis epigeios (L.) Roth.
During the analysis of geobotanical descriptions conducted for 35 and 55 years in two ash dumps of the Nizhnetourinskaya State District Power Station (NT-GRES) in different edaphic conditions (recultivated and non-cultivated territories), it was shown that on the ash in anthropogenous environment and with high recreational load, vegetation formation proceeds from small weeds ecotopic groups to mixed-grass — Vein and Calamagrostis phytocenosis. Recreational load delays the growth of tree species. Reclamation measures of the sanitary and hygienic and recreational character (covering the surface with a layer of clay soil) accelerate the formation of forest phytocenosis: by the age of 20—25 years, small-leaved forest has been formed from early succession species (Salix caprea L., Betula pendula Roth, Populus tremula L. and Pinus sylvestris L.). By the age of 30—35 years in the tree layer, late succession species have appeared as undergrowth: Abies sibirica Ledeb., Picea obovate Ledeb. In 20—25-year-old forest phytocenoses with reduced anthropogenic load on the ash with soil cover, the emergence of species of the Orchidaceae Juss family has been recorded.
Watering with sewage contributed to the establishment of stable highly productive plant communities at the ash dumps of the NTGRES, which were transformed over time into reindeer phytocenosis with the dominance of Calamagrostis epigeios (L.) Roth.
Ключевые слова: золоотвалы, биологическая рекультивация, сукцессии, фитоценозы, формирование растительности.
Keywords: ash dumps, biological recultivation, successions, phytocenosis, vegetation formation.
Введение. Определение тенденций, направленности и темпов восстановления растительности на нарушенных промышленностью землях в настоящее время необходимо для решения как фундаментальных задач по сохранению биологического разнообразия, так и для решения прикладных задач по рекультивации нарушенных земель [1—3]. Цель статьи — анализ динамики формирования фитоценозов на золоотвалах Нижнетуринской государственной районной электростанции (НТГРЭС) в зависимости от рекультивационных мероприятий и ландшафтного окружения.
Модели и методы. Исследования проводились на двух золоотвалах НТГРЭС, расположенной рядом с г. Нижняя Тура Свердловской области (таежная зона). Район исследований расположен в умеренно-континентальной бореальной климатической зоне [4]. Золоотвал № 1 находится в 2 км от НТГРЭС. Ландшафтное окружение — застроенные земли и сельскохозяйственные угодья. Эксплуатация золоотвала была закончена в 1957 г. В 1959 г. на его территории был заложен стационар для разработки способов биологической рекультивации: часть золоотвала была перекрыта слоем грунта (2 см) и оставлена для самозарастания. На участках «чистой» золы были заложены опыты с использованием сточных вод [5, 6]. Золоотвал № 2 (площадь 220 га) западной стороной граничит с городом, южной — с золо-отвалом № 1, северная и восточная дамбы примыкают к сельскохозяйственным и лес-
Условные обозначения
* — ЭГ — экотопическая группировка — 0,1 %; ** — ПГ — простая группировка — 0,1-5 %; *** — СГ — сложная группировка — 6—50 %; **** — Ф — фитоценоз — более 50 %. Процент означает проективное покрытие поверхности золоогвала растениями. 1а — зола; 16 — зола + грунт (2 см); 1в — зола + полив сточными водами; П — зола + грунт (30 см)
Рис. Схема формирования фитоценозов на золоотвалах НТГРЭС в зависимости от экотопа
и ландшафтного окружения
№ Эко- Возраст, лет
топ 5 10 20 30 50
Антропогенное окружение + повышенная рекреационная нагрузка
1а Разно- Злаково- Злаково-разногравные Разнотравно-вейниковый
Ï травная ЭГ* разнотравная ПГ** и разнотравно-злаковые CP*** и веиниково-разнотравныи
16 Мелкобурья-нистая СГ Злаково-бобовый фитоценоз с подростом древесных видов (Ф) Начальные этапы формирования лесного фитоценоза —» Смешанный лесной фитоценоз (Ф) с высокой долей синантропных видов
1в Мелкобурья-нистая СГ Умеренное увлажнение + посев ->—> Разнотравно-злаковый фитоценоз (Ф) Разнотравно-вейниковый —>—>—>—> и вейниковый фитоценоз (Ф)
Избыточное увлажнение —» Разнотравно-щучковый фитоценоз (Ф)
Антропогенное окружение + сниженная рекреационная нагрузка
СГ: бурьянистая со всходами древесных
Ивняк со всходам и подростом деревьев (Ф)
Мелколиственный лесной фитоценоз: заросли древесных со слабо выработанным травяно-кустарничковым ярусом (Ф)
ным угодьям. Заполнение золоотвала проводилось с 1957 по 1992 г. После окончания эксплуатации на 3-х его секциях был нанесен слой потенциально-плодородного глинистого грунта мощностью 30 см.
Геоботаническое обследование проводилось по общепринятым методикам [7]. За основной критерий сформированности сообществ принималось общее проективное покрытие (ОПП) растениями [8].
Результаты и обсуждение. В ходе анализа геоботанических описаний, проведенных в течение 35 и 55 лет на золоотвалах НТГРЭС в разных эда-фических условиях (рекультивированные и не-рекультивированные территории), было показано, что на золе в антропогенном окружении и при высокой рекреационной нагрузке (экотоп 1а) формирование растительности идет от мелко-бурьянистых экотопических группировок к раз-нотравно-вейниковым и вейниковым фитоцено-зам с доминированием Calamagrostis epigeios (L.) Roth. [9, 10]. Рекреационная нагрузка задерживает поселение древесных видов (рисунок).
Рекультивационные мероприятия санитарно-гигиенического и рекреационного направления (покрытие поверхности слоем глинистого грунта) ускоряют процесс формирования лесных фито-ценозов (экотопы 1б и II): к 20—25-летнему возрасту формируется мелколиственный лес из ран-несукцессионных видов (Salix caprea L., Betula pendula Roth, Populus tremula L. и Pinus sylvestris L.). Антропогенное окружение (экотоп 1б) сказывается на составе травянистого яруса: в нем наряду с лесными видами высокое обилие имеют сорно-рудеральные и лугово-сорные виды (Artemisia vul-
garis L., Plantago major L., Sonchus arvensis L. и др.). При сниженной антропогенной нагрузке (эко-топ II) к 30—35-летнему возрасту в древесном ярусе в подросте появляются позднесукцессионные виды: Abies sibirica Ledeb., Picea obovata Ledeb.; в травяно-кустарничковом ярусе — типичные лесные виды: Orthilia secunda (L.) House, Pyrola minor L., P. rotundifolia L., Chimaphila umbellata (L.) W. Barton, а также единичные особи редких видов семейства Orchidaceae Juss.: Malaxis monophyllos (L.) Sw., Platanthera bifolia (L.) Rich.
Полив сточными водами (экотоп fe) в первые 10 лет способствовал созданию на золоотвале НТГРЭС устойчивых высокопродуктивных растительных сообществ, трансформировавшихся со временем в вейниковые фитоценозы с доминированием Calamagrostis epigeios (L.) Roth.
Заключение. Рекультивационные мероприятия ускоряют формирование растительности на золоотвалах. Растительные сообщества, формирующиеся без искусственного улучшения экологических условий, довольно однотипны, в них наблюдается замена стенотопных видов эвритоп-ными. При общей зональной направленности формирования растительности своеобразие растительных сообществ определяется конкретными экологическими условиями.
Работа выполнена при финансовой поддержке: Министерства образования и науки РФ в рамках государственного задания № 6.7696.2017/8.9 (анализ данных Чибрик Т. С.); РФФИ № 18-04-00714 (полевые работы и анализ данных Лукиной Н. В., Филимоновой Е. И., Глазыриной М. А, Ракова Е. А.).
28
№ б, 2018
Библиографический список
1. Миркин Б. М., Наумова Л. Г., Соломещ А. И. Современная наука о растительности. — М.: Логос, 2000. — 264 с.
2. Чибрик Т. С., Елькин Ю. А. Формирование фитоценозов на нарушенных промышленностью землях (биологическая рекультивация). — Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1991. — 220 с.
3. Миронова С. И. Техногенные сукцессионные системы растительности Якутии. — Новосибирск: Наука, 2000. — 150 с.
4. Шакиров А. В. Физико-географическое районирование Урала. — Екатеринбург: УрО РАН, 2011. — 617 с.
5. Тарчевский В. В. Биологические методы консервации золоотвалов тепловых электростанций Урала // Растения и промышленная среда: Сб. науч. тр. — Свердловск: УрГУ, 1964. — С. 70—114.
6. Пикалова Г. М., Серая Г. П., Пасынкова М. В., Левит С. Я., Шубин Ф. М., Комов С. В. Некоторые закономерности формирования культурфитоценозов на золоотвалах ТЭЦ Урала // Растения и промышленная среда: Сб. науч. тр. — Свердловск: УрГУ, 1974. — С. 69—96.
7. Полевая геоботаника / Под ред. Е. М. Лавренко и А. А. Корчагина. В 5 т. — Ленинград: Наука, 1964. — Т. 3. — 530 с.
8. Курочкина Л. Я., Вухрер В. В. Развитие идей В. Н. Сукачева о сингенезе // Вопросы динамики биогеоценозов: Докл. на IV ежегодн. чтениях памяти акад. В. Н. Сукачева. — М.: Наука, 1987. — С. 5—27.
9. Чибрик Т. С., Раков Е. А., Филимонова Е. И., Глазырина М. А., Лукина Н. В., Пасынкова М. В. Динамика биоэкологической структуры флоры золоотвала Нижнетуринской ГРЭС // Тобольск научный — 2016: Материалы XIII Всерос. науч.-практ. конф. (с междунар. участием). — Тобольск, 2016. — С. 103—106.
10. Раков Е. А. К вопросу о состоянии растительного покрова на разновозрастных золоотвалах Нижнетуринской ГРЭС // Итоги интродукции и селекции травянистых растений на Урале: Сб. науч. тр. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2008. — Вып. 2. — С. 238—251.
PHYTOCENOSIS FORMATION AT THE NIZHNETURINSKAYA POWER STATION ASH DUMPS
T. S. Chibrik, Ph. D. (Biology), Senior Researcher, Head of the Laboratory, Tamara.Chibrik@urfu.ru;
N. V. Lukina, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Senior Researcher, natalia.lukina@urfu.ru;
E. I. Filimonova, Ph. D. (Biology), Senior Researcher, Elena.Filimonova@urfu.ru;
M. A. Glazyrina, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Scientific and research staff, Margarita.Glazyrina@urfu.ru;
E. A. Rakov, Senior Lecturer, Evgeniy-rakov@mail.ru.
Department of Earth Science and Space, Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University. First President of Russia
B. N. Yeltsin (UrFU), Ekaterinburg, Russia
References
1. Mirkin B. M., Naumova L. G., Solomeshch A. I. Sovremennaya nauka o rastitel'nosti [Modem vegetation science]. Moscow, Logos, 2000. 264 p. [in Russian]
2. Chibrik T. S., Elkin Yu. A. Formirovaniye fitotsenozov na narushennykh promyshlennost'yu zemlyakh (biologicheskaya rekul'tivatsiya) [Formation of phytocenoses on lands disturbed by industry (biological remediation)]. Sverdlovsk, Izd-vo Ural. un-ta, 1991. 220 p. [in Russian]
3. Mironova S. I. Tekhnogennyye suktsessionnyye sistemy rastitel'nosti Yakutii [Man-made succession systems of vegetation in Yakutia]. Novosibirsk, Nauka, 2000. 150 p. [in Russian]
4. Shakirov A. V. Fiziko-geograficheskoye rayonirovaniye Urala [Physical-geographical zoning of the Urals]. Ekaterinburg, UrO RAN, 2011. 617 p. [in Russian]
5. Tarchevskiy V. V. Rasteniya i promyshlennaya sreda: Sb. nauch. tr. [Plants and industrial environment]. Sverdlovsk, UrGU, 1964. P. 70-114. [in Russian]
6. Pikalova G. M., Seraya G. P., Pasynkova M. V., Levit S. Ya., Shubin F. M., Komov S. V. Rasteniya i promyshlennaya sreda: Sb. nauch. tr. [Plants and industrial environment]. Sverdlovsk, UrGU, 1974. P. 69—96. [in Russian]
7. Polevaya geobotanika / Pod red. E. M. Lavrenko i A. A. Korchagina [Field geobotany / Edited by E. M. Lavrenko and A. A. Korchagin]. In 5 vol. Leningrad: Nauka, 1964. Vol. 3. 530 p. [in Russian]
8. Kurochkina L. Ya., Vukhrer V. V. Voprosy dinamiki biogeotsenozov: Dokl. na IVezhegodn. chteniyakhpamyati akad. V. N. Su-kacheva [Issues of the dynamics of biogeocenoses: Dokl. at IV annual readings in memory of acad. V. N. Sukacheva]. Moscow: Nauka, 1987. P. 5—27. [in Russian]
9. Chibrik T. S., Rakov E. A., Filimonova E. I., Glazyrina M. A., Lukina N. V., Pasynkova M. V. Tobol'sk nauchnyy — 2016: Materialy XIII Vseros. nauch.-prakt. konf. (s mezhdunar. uchastiyem) [Tobolsk Scientific — 2016: Proceedings of the Thirteenth All-Russia scientific-practical conf. (with international participation)]. Tobolsk, 2016. P. 103—106. [in Russian]
10. Rakov E. A. Itogi introduktsii i selektsii travyanistykh rasteniy na Urale: Sb. nauch. tr. [Results of the introduction and selection of herbaceous plants in the Urals: Collected papers]. Ekaterinburg, Izd-vo Ural. un-ta, 2008. Issue 2. P. 238—251. [in Russian]
