Научная статья на тему 'Некоторые аспекты растительности техногенных субстратов Средневолжского биосферного резервата'

Некоторые аспекты растительности техногенных субстратов Средневолжского биосферного резервата Текст научной статьи по специальности «Биоценозы. Экосистемы»

CC BY
57
37
Поделиться
Ключевые слова
СРЕДНЕВОЛЖСКИЙ КОМПЛЕКСНЫЙ БИОСФЕРНЫЙ РЕЗЕРВАТ / ТЕХНОГЕННЫЙ СУБСТРАТ / КАРЬЕР «БОГАТЫРЬ» / КАРЬЕР В ЯБЛОНЕВОМ ОВРАГЕ / РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА / ФЛОРА / QUARRY "BOGATYR' "

Аннотация научной статьи по биологии, автор научной работы — Чап Татьяна Федоровна

Приведены сведения автора о растительности техногенных субстратов Средне-волжского комплексного биосферного резервата на примере карьеров в Яблоневом овраге и «Богатырь». Показаны разные стадии развития растительных сообществ на известняковых субстратах в условиях продолжающихся горных разработок.

Some aspects of the vegetation of the anthropogenic substrates in the Middle-Volga biospheric reservation

The data of the author on the vegetation of anthropogenic substrata of the Middle-Volga Integrated Biosphere Reserve are presented by the example of the quarries in Yablonevyi ravine and "Bogatyr' ". Different stages of development of the plant associations on limestone substrata under the conditions of continuous mining are shown.

Текст научной работы на тему «Некоторые аспекты растительности техногенных субстратов Средневолжского биосферного резервата»

УДК 574.42;

ББК 28.080.3

Чап Т.Ф.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ СУБСТРАТОВ СРЕДНЕВОЛЖСКОГО БИОСФЕРНОГО РЕЗЕРВАТА

Chap T.F.

SOME ASPECTS OF THE VEGETATION OF THE ANTHROPOGENIC SUBSTRATES IN THE MIDDLE-VOLGA BIOSPHERIC RESERVATION.

Ключевые слова: Средневолжский комплексный биосферный резерват, техногенный субстрат, карьер «Богатырь», карьер в Яблоневом овраге, растительные сообщества, флора.

Key words: the Middle-Volga Integrated Biosphere Reserve, anthropogenic substratum, quarry “Bogatyr’ ”, quarry in Yablonevyi ravine, plant associations, flora.

Аннотация

Приведены сведения автора о растительности техногенных субстратов Средневолжского комплексного биосферного резервата на примере карьеров в Яблоневом овраге и «Богатырь». Показаны разные стадии развития растительных сообществ на известняковых субстратах в условиях продолжающихся горных разработок.

Abstract

The data of the author on the vegetation of anthropogenic substrata of the Middle-Volga Integrated Biosphere Reserve are presented by the example of the quarries in Yablonevyi ravine and “Bogatyr’ ”. Different stages of development of the plant associations on limestone substrata under the conditions of continuous mining are shown.

В переходной зоне биосферного резервата допускается хозяйственная деятельность и природопользование в соответствие с требованиями законодательных и нормативных документов федерального и республиканского значения. Одной из главных функций в переходной зоне является мониторинг за состоянием экосистем в условиях природопользования.

В настоящее время здесь находятся три открытых карьера по добыче и переработке известняка, интенсивно использующихся еще с 50-х годов прошлого века. В результате горных разработок образовались террасы и отвалы из вскрышных пород. Каменистый субстрат террас с примесью карбонатного мелкозема является очень неблагоприятным для самозарастания, поскольку их мелкозем практически не содержит доступных элементов питания, и характеризуется очень низкой водоудерживающей способностью (Абакумов, 2006). Для повышения эффективности зарастания террас проводится рекультивация путем отсыпки почвогрунтов и посадки сосен.

В связи с организацией биосферного резервата исследования техногенных субстратов приобрели особую актуальность и являются важным объектом фитоценологических исследований.

В 2009-2011 годах проводилось обследование растительности разновозрастных террас и отвалов карьера «Богатырь» и участков, прилегающих к верхней границе Яблоневого карьера. Специфические условия обитания, продолжающиеся горные разработки, близость лесных массивов особо охраняемых территорий, рекультивационные мероприятия оказывают влияние на формирование растительности карьеров. Сложившиеся антропогенные растительные сообщества резко отличаются от природных сообществ Жигулей и не вписываются в существующие естественные классификации. Своеобразные древесно-кустарниковые антропогенные сообщества, которые

сформировались на прикраевых валах террас, продолжают активно развиваться и на склонах. Руководствуясь преобладающими жизненными формами, различной степенью развития сообществ на основании флористического состава мы сгруппировали все описанные сообщества в следующие типы:

- травянистые, включающие пионерные группировки и разнотравные ценозы;

- древесно-кустарниковые несомкнутые сообщества;

- лесные сообщества, включающие сосняки искусственного происхождения.

Пионерные сообщества

Возникли на нижних и средних террасах, в нижней части конуса выноса вскрышных пород, вдоль карьерных дорог, на отвальных щебнистых буграх. Они встречаются на каменистых участках почти лишенных почвогрунта разреженными латками, популяции и отдельные особи расположены иногда на значительном расстоянии друг от друга.

Пионерные сообщества представлены следующими ценозами:

Группировки растений из сорных одно-двулетних видов, представленные различными сочетаниями из 3-5 видов. Местами они образуют небольшие (до 1 м2) монодоминантные заросли, а иногда группово-зарослевые (до 4-7 м ) группировки. В этих группировках выявлено 11 адвентивных сорных видов: Atriplex tatarica L., Chenopodium hybridum L., Cyclachaena xanthifolia (Nutt.) Fresen., Erigeron canadensis L., Kochia scoparia (L.) Schrad., Lappula squarrosa (Retz.) Dumort., Melilotus albus Medik., Polygonum aviculare L., Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip., Veronica arvensis L., Vicia segetalis Thuill., и один степной - Acinos arvensis (Lam.) Dandy. Такие группировки летников наблюдаются и на недавно рекультивированных местах. Это начальная стадия развития растительных сообществ.

Группировки растений из Salix caprea L. с участием сорных летников отмечены на выровненных участках террас карьера «Богатырь» с минимальным слоем почвогрунтов. Среди отдельно растущих до 1,5 м высотой кустов Salix caprea L. и Populus tremula L. встречаются заметно угнетенные травянистые растения, поселяющиеся на открытых субстратах: Lactuca serriola L., Lactuca tatarica (L.) C.A. Mey., Melilotus albus Medik., изредка Carduus acanthoides L. В 2011 г. появились единичные особи Acinos arvensis (Lam.) Dandy и Achillea millefolum L.

Краевые травянистые растительные сообщества формируются на прикраевых террасных валах, образованных элювием карбонатных пород, перемешанных с почвогрунтами. Небольшой слой грунта и сохраняющаяся в нем влага способствуют формированию первой стадии группово-зарослевых сообществ. Как правило, в таких сообществах кое-где встречается 4-5 летний подрост Pinus sylvestris L. Местами образуется травянистый покров с небольшим проективным покрытием до 15-20 %, которое дают заросли из Kochia scoparia (L.) Schrad., Chenopodium hybridum L., Amaranthus retroflexus L. Краевые фитоценозы отличаются большим числом видов - 29. Средообразующую роль выполняют сорные виды (91 % от видового состава фитоценоза), среди которых отмечены Eremopyrum orientale (L.) Jaub. Et Spach., Lactuca serriola L., Senecio vulgaris L., Setaria viridis (L.) Beauv. и многолетники: Plantago major L., Rumex acetosella L. Кроме адвентивных сорных появились представители других фитоценотических групп: луговые - Agrimonia eupatoria L., Pilosella officinarum F. Schultz et Sch.Bip.; лугово-степные - Artemisia absinthium L., Echinops sphaerocephalus L.; лесостепные - Linaria vulgaris L.; Picris hieracioides L., Verbascum lychnitis L.; луговолесные - Artemisia vulgaris L.

Разнотравные растительные сообщества

Высокотравные антропогенные сообщества Яблоневого карьера сформировались у вершины горы. Они тянутся неширокой 2-х метровой полосой вдоль карьерной дороги, к которой с одной стороны примыкает смешанный лес. Из 17 видов, отмеченных в этих сообществах, сорные составляют всего 30%, остальная часть представлена другими фитоценотическими группами: луговые - Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, Origanum vulgare

L., Taraxacum officinale Wigg.; лесостепные - Campanula bononiensis L., Leonurus quinquelobatus Gilib., Tanacetum vulgarie L.; опушечные - Astragalus cicer L., Solidago virgaurea L., лугово-лесные - Artemisia vulgaris L., Cichorium intybus L., Tussilago farfara L. и луговостепные - Artemisia absinthium L. Преобладание элементов природной флоры придает облик, близкий к природным опушечным сообществам, хотя в некоторых местах на склонах у леса отмечены заросли с преобладанием сорных видов Melilotus albus Medik^ Saponaria officinalis L. Проективное покрытие в таких сообществах достигает 70 %. Во время летнего пожара 2010 года, дорога на вершине на подъезде к лесу была расширена, частично содран растительный и почвенный покров, достигающий здесь 40 см. В сентябре этого же года мы наблюдали зарастание этих ценозов Chamerion аngustifolium (L.) Scop., Tussilago farfara L., Rubus caesius L.

Фрагменты остепненных сообществ отмечены в небольших (от 5 до10 кв.м) понижениях на открытой вершине горы в Яблоневом овраге в районе триангуляционной вышки. Эти ценозы находятся между горной выработкой и лесным массивом, отделенным от них дорогой. Они выглядят зелеными оазисами среди обширных площадей известнякового субстрата. Проективное покрытие достигает 95 %, которое создает в основном Bromopsis inermis (Leyss.) Holub (до 50%), и в меньшей степени Astragalus cicer L. и, отмеченная только в этом ценозе Veronica teucrium L. Флора представлена всего 16 видами, в которой степные и луговые виды представлены примерно одинаково: 6 степных и 5 луговых. Отличительной особенностью является присутствие горностепного вида Pimpinella tragium Vill., отмеченного еще на останце в карьере «Богатырь», вероятно остатки от прежней флоры каменистых степей. В небольших «оконцах» на некоторых участках отмечен единично 2-х летний подрост Pinus sylvestris L. и Populus tremula L. Адвентивных сорных только 2 вида: Melilotus albus Medik., который образует местами заросли по краям понижений и Saponaria officinalis L.

Остепненно-разнотравные растительные сообщества на старых террасах карьера «Богатырь» внешним обликом напоминают природные сообщества сухих мест обитания. Из 23 видов наибольшим числом представлена группа степных видов (с учетом лесостепных и лугово-степных) - 10: Achillea nobilis L., Erysimum hieracifolium L., Astragalus danicus Retz., Calamagrostis epigeios (L.) Roth., Eryngium planum L., Fragaria viridis Duch., Libanotis sibirica (L.) C.A. Mey., Linaria vulgaris L., Artemisia absinthium L., Elytrigia repens (L.) Nevski. Немногим меньше представлена группа луговых видов с лугово-лесными - 8: Hieracium virosum Pall., Odontites vulgaris Moench., Origanum vulgare L., Poa trivialis L., Artemisia vulgaris L., Cichorium intybus 'L., Melandrium album (Mill.) Garcke, Rumex crispus L. Сорных видов всего 2: Medicago sativa L., Saponaria officinalis L. Эти растительные сообщества имеют островковый характер распространения, занимают небольшие по площади участки от 2 до 10 м2. Они сформировались в понижениях с плодородным почвенным слоем до 30-35 см. Можно выделить два варианта: остепненно-разнотравные и разнотравно-злаковые сообщества в зависимости от группы доминирования. Эти антропогенные сообщества имеют ограниченное распространение на карьере.

Древесно-кустарниковые несомкнутые сообщества

Краевые древесно-кустарниковые сообщества сформировались на прикраевых валах террас. Это наиболее широко распространенные фитоценозы на карьере «Богатырь», которые тянутся узкой полосой вдоль карьерной дороги. Больший слой технозема, удерживающийся насыпью из горной породы, способствует заселению деревьев и кустарников. Сомкнутых сообществ, как правило, не образуется, а деревья и кусты растут одиночными особями или группами, среди которых встречаются травянистые растения. Наиболее часто встречаемые из деревьев: Acer negundo L., Betula pendula Roth, Salix caprea L., Pinus sylvestris L., Ulmus minor Mill., из кустарников Corylus avellana L., и полукустарник Rubus caesius L. В таких сообществах отмечено 14 из 20 древесно-кустарниковых видов, встреченных на карьерах, среди них: Crataegus volgensis Pojark., Malus sylvestris Mill., Populus nigra L., Populus simonii Carr., Populus tremula L.,

Spiraea hypericifolia L., Rosa majalis Herrm., Сорные виды составляют примерно 25 % от флоры сообщества, из них такие виды как Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip., Kochia scoparia (L.) Schrad., Artemisia vulgaris L. Lactuca tatarica (L.) C.A. Mey. Melilotus albus Medik. образуют иногда целые заросли. Отмечены и представители других фитоценотических групп: луговой Hieracium virosum Pall., и лесостепной Linaria vulgaris L. виды.

Своеобразное древесно-кустарниковое сообщество сформировалось на останце в карьере «Богатырь». В отличие от террас, где полностью уничтожен почвеннорастительный покров, здесь сохранился участок склона горы, где был вырублен лес, и частично поврежден верхний почвенный слой. В прошлом сюда же, вероятно, сгребли или ссыпали при рекультивации довольно много почвогрунтов. Этот изолированный со всех сторон карьерной дорогой останец выглядит с дороги как лесной островок из Betula pendula Roth и Acer negundo L., растущих по краям и склонам останца. Растительность центральной части останца скорее представляет собой непроходимые заросли из высокотравья и Rubus caesius L., которые сменяются степными задернованными участками, где встречаются отдельно растущие деревья Malus sylvestris Mill., Ulmus laevis Pall., Ulmus minor Mill. Это наиболее разнообразное во флористическом отношении сообщество, где представлены все эколого-ценотические группы и 47 % от выявленной на момент исследований флоры карьеров. Только здесь встречены типичные представители коренных сообществ Жигулей - каменистых степей и горных сосняков Galatella villosa (L.) Reichenb. fil., Galium tinctorium(L.) Scop., и ранее упоминавшийся Pimpinella tragium Vill. Древесно-кустарниковая растительность представлена 9 видами, кроме выше упомянутых видов, также отмечены: Corylus avellana L., Populus alba L., Populus tremula L. Из 42 выявленных здесь видов травянистых растений наиболее представлена группа степных (16) и сорных (15) видов, лесных видов - 8. Наиболее распространенными видами являются Calamagrostis epigeios (L.) Roth. (местами образующий заросли), Echinops sphaerocephalus L., Falcaria vulgaris Bernh., Libanotis sibirica (L.) C.A. Mey., Nonea rossica Stev.

Древесно-кустарниковые группировки занимают большие площади в районе триангуляционной вышки на карьере в Яблоневом овраге, и активно разрастаются, занимая свободные пространства платообразной поверхности. Заросли из Corylus avellana L. сформировались вблизи леса и занимают примерно половину от площади всей открытой поверхности; Betula pendula Roth и Rubus caesius местами образуют непроходимые заросли. Летом 2010 г. вершина горы частично была пройдена пожаром, а в сентябре ежевичники активно распространились по всему горельнику, образуя как чистые заросли, так и ярусное покрытие в уцелевших от пожара березовых и березовососновых группировках.

Лесные сообщества, включающие сосняки искусственного происхождения

Лесные сообщества на обследованных нами участках техногенных субстратов карьеров имеют преимущественно искусственное происхождение. После посадки сосен дальнейший процесс формирования травянистой растительности идет путем самозарастания почвогрунтов. На экотонных участках бывшей вершины горы карьера Богатырь, окруженной лесным массивом Жигулевского заповедника, процесс заселения древесно-кустарниковыми породами идет естественным путем.

Сосняк злаково-разнотравный. Сосновые сообщества сформировались на разновозрастных (7-10 летних и более) рекультивированных террасах. Они отличаются однородным одноярусным сложением, высокой густотой древостоя, отсутствием кустарникового яруса, значительной задернованностью почвенного покрова на осветленных участках. Травянистый ярус хорошо выражен, проективное покрытие довольно высокое и составляет от 50 до 70 % в 7-10 летних насаждениях. Видовое богатство невелико, отмечено всего 17 видов. Преобладают элементы природной флоры, доля сорных видов составляет 30 %. Местами одновидовые популяции образуют

Calamagrostis epigeios (L.) Roth и Trifolium alpestre L. Наиболее обильные виды Solidago virgaurea L., Achillea nobilis L., Hypericum perforatum L., Cichorium intybus L., Dracocephalum thymiflorum L., Lappula squarrosa (Retz.) Dumort., Melilotus albus Medik.

Сосняк с березой злаково-порезниковый сформировался на старовозрастной террасе, которая примыкает к лесному массиву Жигулевского заповедника. Это своеобразный разреженный молодой сосняк из Pinus sylvestris L. и Betula pendula Roth (7-10 метров высотой), который дополняется на опушке Sorbus aucuparia L. и Salix caprea L.. Многочисленные кусты Chamaecytisus ruthenicus Klaskova образуют кустарниковый ярус. Мозаичность в сложении травянистого покрова проявляется в чередовании разнотравья в местах нагромождений валунов с зарослями из Calamagrostis epigeios (L.) Roth., промежуточное положение между которыми заполняет Libanotis sibirica (L.) C.A. Mey. Травянистый ярус отличается разнообразием видового состава - 28 видов, в том числе лесные, лесостепные и луговые виды. Проективное покрытие травянистого яруса составляет от 40 до 60 % в осветленных местах среди леса.

Флористический состав карьеров

Во флоре карьеров было выявлено 106 видов растений, из которых 86 - травянистых растений, 12 - деревьев, 7 - кустарников и 1 - полукустарник. Флористический состав представлен видами разной ценотической природы. Наиболее многочисленная группа -адвентивные сорные виды - составляет 35 % от общего числа видов. Они являются доминирующими видами в сложении сообществ техногенных субстратов. Массовое распространение сорных видов происходит вдоль карьерных дорог, по которым вывозят горную породу и завозят почвенный грунт. Семена сорных растений заносятся с почвогрунтами, а также легко проникают из рядом расположенных поселков. Высокая экологическая пластичность сорняков, биологические особенности сорных растений (интенсивное семенное и вегетативное размножение) позволяют им выживать и плодоносить в таких экстремальных условиях. В результате горнодобывающей деятельности карьера произошла антропогенная трансформация флоры, которая проявилась в полном уничтожении ядра естественной флоры Жигулей, отсутствии эндемов, реликтов, редких растений. Значительно выросла доля адвентивных сорных видов, одновременно доля других фитоценотических групп заметно снизилась: доля степных видов составляет 27 % (с учетом лесостепных и лугово-степных), лесные и луговые растения представлены почти одинаково.

Выводы

Характер растительности на рекультивированных террасах карьеров в Яблоневом овраге и «Богатырь» свидетельствует о том, что формирующиеся сообщества резко отличаются от природных. В условиях продолжающейся добычи горной породы на большей части карьера наблюдается стадия развития травянистой растительности, представленная преимущественно различными сорными группировками растений. Самозарастание террас происходит крайне медленно даже на рекультивированных террасах, техногенный субстрат является сдерживающим фактором в развитии растительности. Наблюдающийся процесс залесения в пограничных с Жигулевским заповедником местах карьера «Богатырь» показывает, что за 30-40 лет на рекультивированных участках террас сосняки заняли крайне малые площади. Наиболее заметно процесс зарастания древесно-кустарниковой растительностью идет на краевых валах вдоль дорог и склонах останца, преимущественно из Acer negundo L., Betula pendula Roth, Salix caprea L., Ulmus minor Mill., Rubus caesius L.. Эти сообщества препятствуют развитию эрозионных процессов и способствуют задержанию почвогрунтов.

С точки зрения процесса самозарастания и формирования растительности на вторичных местообитаниях, каковым являются техногенные субстраты, карьеры представляют уникальную возможность для изучения. Для успешной рекультивации необходимы конструктивные рекомендации, в выработке которых помогут мониторинговые исследования известняковых карьеров.

Библиографический список

1. Абакумов Е.В. Почвообразование и восстановление растительности на карьерах Жигулевского государственного заповедника / Е.В. Абакумов, В.П. Вехник, В.Ф. Малышева, Е.Ф. Малышева // Сборник трудов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. Гумус и почвообразование - СПб, ГАУ, 2006. - С. 34-36.