CC BY
27
УДК 504.062.4(571.513) © В.М. Доронькин, О.С. Сафронова, Т.Г. Ламанова, Н.В. Шеремет, 2019
Результаты исследования естественного восстановления растительного покрова на вскрышных отвалах, возникших в 2000-е годы
в Республике Хакасия*
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-94-97
ДОРОНЬКИН В.М.
Канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник ФГБНУ Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]
САФРОНОВА О.С.
Младший научный сотрудник ФГБНУ Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии, 655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия, e-mail: [email protected]
ЛАМАНОВА Т.Г.
Доктор биол. наук, старший научный сотрудник ФГБНУ Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]
ШЕРЕМЕТ Н.В.
Канд. биол. наук, научный сотрудник ФГБНУ Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]
Приведены результаты пятилетних наблюдений за особенностями естественного восстановления растительного покрова на вскрышных отвалах, возникших в 2000-е годы в результате добычи угля открытым способом в аридных районах Хакасии. Зарастание отвалов характеризуется травянистым типом. Представлены данные по флористическому составу запасам надземной биомассы растительных группировок на различных участках мезорельефа. Выявлены многовидовые семейства и роды. На исследуемом отвале показатели надземной фитомассы постепенно увеличиваются, но, тем не менее, ее значения остаются низкими. Установлены участки мезорельефа, которые имеют оптимальные условия для формирования растительных группировок. Выявлены виды, которым принадлежит доминирующая роль в этих сообществах.
Ключевые слова: вскрышные породные отвалы, естественное зарастание, растительность, мезорельеф, продуктивность, Республика Хакасия.
ВВЕДЕНИЕ
Юг Средней Сибири, в частности Республика Хакасия, характеризуются интенсивным развитием горнодобывающих отраслей, преимущественно открытыми способами добычи полезных ископаемых. Минусинский каменноугольный бассейн на территории Республики Хакасия сосредоточен в границах четырех месторождений каменного угля: Бей-ского, Черногорского, Изыхского, Аскизского. Разрез Черногорский работает с 1961 г. Карьерно-отвальные комплексы, образующиеся при добыче угля открытым способом, занимают огромные площади, при этом территория, испытывающая на себе негативные последствия, связанные с нарушением гидрологического режима, загрязнением прилегающих ландшафтов техногенными токсикантами, усилением эрозионных процессов и другим, в десять раз превышают площади самих нарушенных участков. Все это негативно отражается на здоровье населения и является одной из причин усиления социальной напряженности в районах угледобычи. В связи с этим весьма актуальны работы, связанные с восстановлением биологической продуктивности техногенных ландшафтов.
* Исследования выполнены при финансовой поддержке проекта Государственного задания № 539-2 от 11.01.2019 и частичной поддержке гранта РФФИ и Правительства Республики Хакасия № 18-44-190006 р_а.
Таблица 1
Динамика флористического состава растительного покрова на разных элементах мезорельефа при самозарастании вскрышных отвалов, сформированных в 2000-х годах в аридных районах Республики Хакасия
| Флористический спектр 2008 г. 1 2009 г. 1 2010 г. 1 2011 г. 1 2012 г. Всего |
Северный склон
Семейства 1 1 2 2 4 5
Роды 2 2 3 3 5 6
Виды 2 2 3 3 5 6
Восточный склон
Семейства 1 1 3 7 5 9
Роды 2 2 4 11 8 13
Виды 2 2 4 12 9 14
Плато
Семейства 3 3 4 7 6 8
Роды 6 6 9 11 9 14
Виды 6 6 10 13 10 16
Изучению формирования растительного покрова в процессе самозарастания вскрышных породных отвалов большое внимание уделяют как отечественные [1, 2, 3, 4, 5, 6], так и зарубежные исследователи [7, 8, 9, 10].
Целью исследований является изучение начальных этапов естественного восстановления растительного покрова на техногенных ландшафтах в аридных районах Республики Хакасия.
МОНИТОРИНГ ЕСТЕСТВЕННОГО ЗАРАСТАНИЯ
Объектами данного исследования послужили склоны северной и восточной экспозиций и плато на отвалах вскрышных пород угольной компании ООО «СУЭК-Хакасия» разрез «Черногорский», сформированных в 2000-е годы. Изучение самозарастания вскрышных породных отвалов проводилось на протяжении пяти лет с 2008 по 2012 г.
Климат в районе разработки резко континентальный, с сухим жарким летом и холодной малоснежной зимой, при этом среднегодовое количество осадков - от 270 до 300 мм в год. Наиболее типичны для данной территории настоящие мелкодерновинные злаковые степи [11].
Отвал 2000-х годов относится к внутренним с террасированной средневысокой формой рельефа, сложен песчаниками, алевролитами и углистыми аргиллитами. Высота у подножия составляет 339 м над уровнем моря, высота вершины - 408 м над уровнем моря.
Процесс формирования растительности на отвалах 2000-х годов относится к первичным сукцессиям. Проведение наблюдений за микроклиматом на разных участках мезорельефа показало, что оптимальные условия для произрастания растений создаются на плато и восточном склоне. Зарегистрировано 24 вида высших сосудистых растений. На склоне северной экспозиции с 2008
по 2011 г. отмечены большие очаги возгораний, поэтому здесь создаются самые сложные для профиля условия существования для растений, уменьшается видовое разнообразие (табл. 1).
Наиболее многовидовыми оказались семейства Asteraceae (семь видов - 29,2% общего числа видов) и Poaceae (пять видов - 20,8%), многовидовым оказался один род - Artemisia, представленный тремя видами.
Увеличение числа семейств, видов и родов происходит на четвертый год зарастания отвалов, но остается незначительным.
Заселение вскрышных породных отвалов идет за счет ресурсов местной флоры, участки которой сохранились вблизи техногенных местообитаний. На всех выделенных участках наибольший вклад в запас надземной фитомас-сы вносят виды разнотравья и два вида злаков: Agropyron pectinatum (Bieb.) Beauv. и Hordeum jubatum L. (табл. 2).
В мелкодерновинной злаковой степи травостой достигает высоты 40 см, его основная масса (85%) сосредоточена на высоте 0-10 см (приземное распределение). Анализ вертикальной структуры травостоя, сформированного на отвале в 2000 г., показал следующие закономерности. Высота травостоя в разные годы колебалась от 20 (склон северной экспозиции) до 90 см (плато), при среднем значении 54,9±2,2 см. На протяжении всего периода наблюдений (2008-2012 гг.) основная масса травостоя была сосредоточена на высоте 0-40 см. Таким образом, распределение надземной фитомассы по вертикальному профилю тоже характеризуется как приземное.
Важной характеристикой фитоценоза является надземная фитомасса. В мелкодерновинной злаковой степи продуктивность травостоя изменяется от 5,3 до 10,8 ц/га, при среднем значении 8 ц/га воздушно-сухой фитомассы. На исследуемом отвале показатели надземной фитомассы не-
Таблица 2
Виды растений, доминирующие на разных элементах мезорельефа при самозарастании вскрышных отвалов разреза «Черниговский», сформированных в 2000-е годы
ф
S
Я
^ -О
о. ч:
S S
i m
О
Salsola collina Pall. (солянка холмовая), Erysimum cheiranthoides Цжелтушник левкоевидный), Agropyron pectinatum (вострец гребневидный), Artemisia sieversiana Willd. (полынь Сиверса)
Северный склон
Salsola collina, Agropyron pectinatum, Hordeum jubatum (ячмень гривастый)
Восточный склон
Artemisia tanacetifolia L. (полынь пижмолистная), Leonurus glaucescens Bunge (пустырник сизоватый), Salsola collina
большие и, несмотря на постепенное увеличение, остаются низкими. Среднее максимальное значение воздушно-сухой надземной фитомассы при естественном зарастании отвалов 2000-х годов, отмечено на плато - 6,8 ц/га, минимальное значение отмечено на склоне северной экспозиции -3,8 ц/га (см. рисунок).
Таким образом, по высоте и продуктивности надземной фитомассы травостой при естественном зарастании отвалов, отсыпанных в 2000-м году, меньше аналогичных показателей ранее существовавшей здесь степи.
Состав хозяйственно-ботанических групп нельзя считать удовлетворительным, так как высокий процент составляют виды плохо поедаемого и непоедаемого разнотравья, такая же закономерность отмечена при самозарастании на отвалах разреза «Листвянский» в Кемеровской области [12].
ВЫВОДЫ
Первичные сукцессии на вскрышных породных отвалах характеризуются травяным типом зарастания. На всех элементах мезорельефа формируются пионерные группировки. Доминирующая роль в сообществах принадлежит видам синантропного разнотравья Salsola collina - солянке холмовой, Erysimum cheiranthoides - желтушнику лев-коевидному, Artemisia sieversiana - полыни Сиверса, A. tanacetifolia - п. пижмолист-ной, Leonurus glaucescens - пустырнику сизоватому и двум видам злаков: Agropyron pectinatum - вострецу гребневидному и Hordeum jubatum - ячменю гривастому.
Вертикальная структура растительных сообществ заключена в слое 0-40 см (приземное распределение надземной фитомассы по вертикальному профилю).
Значения надземной фитомассы пионерных сообществ на 12-летних отвалах ниже аналогичного показателя ранее существовавших здесь мелкодерновинных злаковых степей.
Список литературы
1. Ламанова Т.Г., Сафронова О.С. Особенности естественного зарастания вскрышных отвалов в аридных районах Республики Хакасия // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2013. № 4. C. 11-19.
2. Титлянова А.А., Самбу А.Д. Сукцессии в травяных экосистемах. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016. 191 с.
3. Сафронова О.С., Ламанова Т.Г., Шеремет Н.В. Результаты исследования естественного восстановления растительного покрова на вскрышных отвалах, возникших в 1990-е годы в Республике Хакасия // Уголь. 2018.
1. Северный склон
ц/га 6 -
5 -
4 -
1 -
□ мортмасса ■ воздушно-сухая
2. Восточный склон
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
ц/га
□ мортмасса
□ воздушно-сухая
2008 2009 2010 2011 2012 сред. за 5 лет
2008 2009 2010 2011 2012 сред. за 5 лет
3. Плато
25 1 ц/га
20 -
15 -
□ мортмасса ■ воздушно-сухая
з -
2 -
0
10 -
5 -
0 -I—--1—--1—--1—--1—--1—--1
2008 2009 2010 2011 2012 сред за 5 лет
Динамика воздушно-сухой надземной фитомассы при естественном восстановлении растительного покрова вскрышных отвалов, сформированных в 2000-е годы в аридных районах Хакасии: 1 - склон северной экспозиции; 2 - склон восточной экспозиции; 3 - плато Dynamics of air-dry above-ground phytomass during natural restoration of the vegetation cover of overburden dumps formed in the arid regions of Khakassia in the 2000s: 1 - slope of the northern exposure; 2 - slope of the eastern exposure; 3 - plateau
№ 7. С.68-71. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-7-68-71. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/072018.pdf (дата обращения: 15.10.2019).
4. Миронычева-Токарева Н.П. Динамика растительности при зарастании отвалов (на примере КАТЭКа). Новосибирск: Наука. Сибирское Предприятие РАН, 1998. 172 с.
5. Сумина О.И. Формирование растительности на техногенных местообитаниях крайнего севера России. СПб: Информ-Навигатор, 2013. 340 с.
6. Экологические основы и опыт биологической рекультивации нарушенных промышленностью земель / Т.С. Чибрик, Н.В. Лукина, Е.И. Филимонова, М.А. Глазыри-на. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2011. 268 с.
7. Walker G.R., Moral R. Primary Succession and Ecosystem Rehabilitation. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.
8. Hendrychova M. Reclamation success in post-mining landscapes in the Czech Republic: A review of pedological and biological studies // Journal of Landscape Studies. 2008. N 1. Р. 63-78.
9. Technical reclamations are wasting the conservation potential of post-mining sites. A case study of black coal spoil dumps / R. Tropek, T. Kadlec, M. Hejda et al. // Ecological Engineering. 2012. N 43. Р. 13-18.
10. Vegetation and soil restoration in refuse dumps from open pit coal mines / H. Lei, Zh. Peng., H. Yigang, Zh. Yang // Ecological Engineering. 2016. N 94. Р. 638-646.
11. Растительный покров Хакасии / А.В. Куминова, Г.А. Зверева, Ю.М. Маскаев и др. Новосибирск: Наука, 1976. 422 с.
12. Ламанова Т.Г., Шеремет Н.В. Агрофитоценозы на отвалах в южной части Кузнецкой котловины. Новосибирск: Издательство «Офсет», 2010. 226 с.
ECOLOGY
ORIGINAL PAPER
UDC 504.062.4(571.513) © V.M. Doronkin, O.S. Safronova, T.G. Lamanova, N.V. Sheremet, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 11, pp. 94-97 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-94-97
Title
THE RESULTS OF THE STUDY OF NATURAL REVEGETATION ON OVERBURDEN PILES, RESULTS IN 2000 YEARS IN THE REPUBLIC OF KHAKASSIA Authors
Doronkin V.M.1, Safronova O.S.2, Lamanova T.G.1, Sheremet N.V.'
1 FSBI Central Siberian Botanical Garden of SB RAS, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
2 "Scientific-Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia" FSBI, Zelenoe village, 655132, Republic of Khakassia, Russian Federation
Authors' Information
Doronkin V.M., PhD (Biological), Leading Researcher, e-mail: [email protected] Safronova O.S., Junior Researcher, e-mail: [email protected] Lamanova T.G., Doctor of Biological Sciences, Senior Researcher, e-mail: [email protected]
Sheremet N.V., PhD (Biological), Researcher, e-mail: [email protected] Abstract
The results of 5-year observations of the features of the natural restoration of vegetation cover on overburden dumps that arose in the 2000s as a result of open-pit coal mining in the arid regions of Khakassia are presented. Overgrown dumps are characterized by herbaceous type. The data on the flori stic composition, reserves of above-ground biomass of plant groups in different parts of the mesorelief are presented. Multi-species families and genera were identified. In the study the satiety indicators overground phytomass gradually increase, but, nevertheless, its value remains low. The areas of mesorelief, which have optimal conditions for the formation of plant groups, are established. Species that play a dominant role in these communities are identified.
Keywords
Overburden rock dumps, Natural overgrowth, Vegetation, Mesorelief, Productivity, Republic of Khakassia.
References
1. Lamanova T.G. & Safronova O.S. Osobennosti estestvennogo zarastaniya vskryshnyh otvalov v aridnyh rayonah Respubliki Hakasiya [Features of natural overgrowth of overburden dumps in arid regions of the Republic of Khakassia]. Sibirskiy vestnikselskohozyaystvennoy nauki - Siberian Bulletin of agricultural science, 2013, No. 4, pp. 11-19. (In Russ.).
2. Titlyanova A.A. & Samba A.D. Sukcessii v travyanyh ekosistemah [Succession in grassland]. Novosibirsk, Publishing House of SB RAS, 2016, 191 p. (In Russ.).
3. Safronova O.S., Lamanova T.G. & Sheremet N.V. Rezultaty issledovaniya estestvennogo vosstanovleniya rastitelnogo pokrova na vskryshnyh otvalah, voznikshih v 1990-e gody v Respublike Hakasiya [The results of the study of natural regeneration of vegetation cover on overburden dumps in the Republic of Khakassia, which emerged in the 90-years of the twentieth century]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, No. 7, pp. 68-71. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2018-7-68-71. Available at: http://www.ugolinfo. ru/Free/072018.pdf (accessed 15.10.2019).
4. Mironycheva-Tokareva N.P. Dinamika rastitelnosti prizarastanii otvalov (na primere KATEKa) [Vegetation dynamics in the growth of piles (for example, KATEK)]. Novosibirsk, Nauka, Sib. Enterprise of RAS Publ., 1998, 172 p. (In Russ.).
5. Sumina O.I. Formirovanie rastitelnosti na tekhnogennyh mestoobitaniyah Kraynego Severa Rossii [Formation of vegetation on technogenic habitats of the far North of Russia]. Saint-Petersburg, Inform-Navigator Publ., 2013, 340 p. (In Russ.).
6. Chibrik T.S., Lukina N.V., Filimonova E.I. & Glazyrina M.A. Ekologicheskie osnovy i opyt biologicheskoy rekultivacii narushennyh promyshlennostyu zemel' [Ecological bases and experience of biological recultivation of the lands disturbed by the industry]. Yekaterinburg, Ural University Publishing house, 2011, 268 p. (In Russ.).
7. Walker G.R. & Moral R. Primary Succession and Ecosystem Rehabilitation. Cambridge, Cambridge University Press, 2003.
8. Hendrychova M. Reclamation success in post-mining landscapes in the Czech Republic: A review of pedological and biological studies. Journal of Landscape Studies, 2008, No. 1, pp. 63-78.
9. Tropek R., Kadlec T., Hejda M. et al. Technical reclamations are wasting the conservation potential of post-mining sites. A case study of black coal spoil dumps. Ecological Engineering, 2012, No. 43, pp. 13-18.
10. Lei H., Peng Zh., Yigang H. & Yang Zh. Vegetation and soil restoration in refuse dumps from open pit coal mines. Ecological Engineering, 2016, No. 94, pp. 638-646.
11. Kuminova A.V., Zvereva G.A., Maskaeva Yu.M. et al. Rastitelnyi pokrov Ha-kasii [Vegetation cover of the Khakassia]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1976, 422 p. (In Russ.).
12. Lamanova T.G. & Sheremet N.V. Agrofitocenozy na otvalah v yuzhnoy chasti Kuzneckoy kotloviny [Agrophytocenosis on the dumps in the southern part of the Kuznetsk basin]. Novosibirsk, Offset Publ., 2010, 226 p.
Acknowledgements
The studies were carried out with financial support from the draft State Order No. 539-2 of January 11, 2019 and partial support from the RFBR grant and the Government of the Republic of Khakassia No. 18-44-190006 p_a.
Paper info
Received August 2,2019 Reviewed September 6,2019 Accepted October 8,2019
