Научная статья на тему 'Восстановление растительного покрова на рекультивированном песчаном карьере в северной тайге'

Восстановление растительного покрова на рекультивированном песчаном карьере в северной тайге Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
744
138
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕХНОГЕННЫЙ ЛАНДШАФТ / РЕКУЛЬТИВАЦИЯ / РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ / ПРОДУКТИВНОСТЬ / TECHNOGENIC LANDSCAPE / RECLAMATION / PLANT COVER / PRODUCTIVITY

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Коронатова Наталья Геннадьевна, Миронычева-токарева Нина Петровна

В работе приводятся данные многолетних наблюдений по развитию растительного покрова на выработанном песчаном карьере в подзоне северной тайги Западной Сибири. Показано, что отсыпка поверхности карьера торфом приводит к более интенсивному развитию растительности не сразу, а спустя десять лет. Посадка саженцев деревьев не представляется эффективным методом рекультивации карьеров. При решении вопроса биологической рекультивации выработанных песчаных карьеров севера необходимо искать пути увеличения плодородия и влагоудерживающей способности грунтов с целью создания условий для интенсивного развития растительности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Коронатова Наталья Геннадьевна, Миронычева-токарева Нина Петровна

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

REVEGETATION IN THE RECLAIMED SAND QUARRY IN THE NORTHERN TAIGA1the Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian branch of Russian Academy of Sciences

The paper presents data on the long-term observations of development of vegetation on post-mined sand quarry in the northern taiga subzone of West Siberia. It was found out that the covering the quarry with peat leads to a more intensive development of vegetation not once, but ten years later. Planting of trees was not an effective method of reclaiming. For biological reclamation of post-mined quarries in north, it is necessary to look for ways to increase fertility and water-holding capacity of sand soils in order to create the conditions for intensive development of vegetation.

Текст научной работы на тему «Восстановление растительного покрова на рекультивированном песчаном карьере в северной тайге»

ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА РЕКУЛЬТИВИРОВАННОМ ПЕСЧАНОМ КАРЬЕРЕ В СЕВЕРНОЙ ТАЙГЕ

Наталья Геннадьевна Коронатова

Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской Академии наук, 630099, Новосибирск, ул. Советсткая, 18, кандидат биологических наук, научный сотрудник, тел. (383)2225415, e-mail: koronatova@issa.nsc.ru

Нина Петровна Миронычева-Токарева

Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской Академии наук, 630099, Новосибирск, ул. Советсткая, 18, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией биогеоценологии, тел. (383)2225415; Сибирская государственная

геодезическая академия, кафедра экологии и природопользования, Новосибирск, ул. Плахотного, 10, тел. (383)3610886, e-mail: nina@issa.nsc.ru

В работе приводятся данные многолетних наблюдений по развитию растительного покрова на выработанном песчаном карьере в подзоне северной тайги Западной Сибири. Показано, что отсыпка поверхности карьера торфом приводит к более интенсивному развитию растительности не сразу, а спустя десять лет. Посадка саженцев деревьев не представляется эффективным методом рекультивации карьеров. При решении вопроса биологической рекультивации выработанных песчаных карьеров севера необходимо искать пути увеличения плодородия и влагоудерживающей способности грунтов с целью создания условий для интенсивного развития растительности.

Ключевые слова: техногенный ландшафт, рекультивация, растительный покров, продуктивность.

REVEGETATION IN THE RECLAIMED SAND QUARRY IN THE NORTHERN TAIGA

Natalya G. Koronatova

Ph.D., researcher, the Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian branch of Russian Academy of Sciences, 18 Sovetskaya, Novosibirsk 630099, phone: (383)2225415, e-mail: koronatova@issa.nsc.ru

Nina P. Mironycheva-Tokareva

Ph.D., Head of Biogeocenology Laboratory, the Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian branch of Russian Academy of Sciences, 18 Sovetskaya, Novosibirsk 630099, phone: (383)2225415, Department of Ecology and Nature Management, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., 630108 Novosibirsk, phone: (383)3610886, e-mail: nina@issa.nsc.ru

The paper presents data on the long-term observations of development of vegetation on postmined sand quarry in the northern taiga subzone of West Siberia. It was found out that the covering the quarry with peat leads to a more intensive development of vegetation not once, but ten years later. Planting of trees was not an effective method of reclaiming. For biological reclamation of post-mined quarries in north, it is necessary to look for ways to increase fertility and water-holding capacity of sand soils in order to create the conditions for intensive development of vegetation.

Key words: technogenic landscape, reclamation, plant cover, productivity.

Введение. В северных регионах Западной Сибири нефтегазодобывающие предприятия и связанная с ними инфраструктура оказывают наибольшее воздействие на природные экосистемы и иногда значительно трансформируют их. Здесь для отсыпки дорог и кустовых оснований добывается песок карьерным способом. После выработки карьеры как правило подвергаются технической рекультивации, которая заключается в планировке поверхности и выполаживании бортов. Биологическая рекультивация, целью которой является быстрое задернение открытой поверхности, проводится значительно реже. В то же время суровый климат региона, бедность грунтов карьеров элементами питания растений и недостаточная влагообеспеченность препятствуют быстрому восстановлению растительного покрова. Поэтому в карьерных выработках на севере Западной Сибири длительное время не зарастают.

Исследования по восстановлению почвенно-растительного покрова в техногенных ландшафтах, обладающих нетоксичными породами, на севере России выявили следующие особенности. На карьерах севера Западной Сибири повсеместно встречались представители семейств Роасеае, Лв1егаееае, которые являются ведущими семействами при зарастании, а также БаНсасеае, Сурегасеае, 1ипсасеае, Ро^опасеае, Onagraceae, Етре1гасеае, Eqiusetaceae [8, 9]. В то же время в составе растительности велика доля видов с единичной встречаемостью, что определяет специфичный видовой состав для каждого карьера [9]. Проективное покрытие растительности в техногенных ландшафтах севера прямо зависит от влагозапаса в почве, а недостаток увлажнения создает неблагоприятные условия для ее восстановления [1, 5, 8]. На хорошо дренированных песках поселяется сосна, а при лучшей влагообеспеченности на первом этапе поселяется травянистая растительность [2, 10]. Кроме условий увлажнения, естественное зарастание песков зависит от рельефа, характера окружающей растительности, площади обнажений, механического состава грунтов, их подвижности, залеживания снега [6, 8, 10]. Зарастание техногенных ландшафтов севера сопровождаются поселением на субстрате мхов, которые закрепляют поверхность песка [9, 10], и лишайников, которые появляются не ранее, чем через 10 лет зарастания [5].

Целью работы было исследовать значение проводимой биологической рекультивации для восстановления растительного покрова в карьерных выработках в северной тайге Западной Сибири и сравнить растительный покров рекультивированных и нерекультивированных территорий.

Объекты и методы. Работа проводилась в карьерных выработках, расположенных в северотаежной подзоне, в центральной части Сибирских Увалов близ г. Ноябрьска (63°с.ш., 75°в.д.). Здесь в ходе рекогносцировочного обследования были посещены 14 карьеров. Большая часть из них после выработки подвергалась технической рекультивации. На одном карьере, имеющим наибольшую площадь (100 га) по распоряжению городской администрации проводилась также биологическая рекультивация. Она заключалась в том, что после выработки карьер был частично присыпан торфом слоем 10-40 см, а спустя 10 лет на не заросших участках открытого песка были высажены древесные породы - сосны и ивы. Данный карьер имел возраст один

год на момент начала исследований в 1999 г., в северной части на его дне образовались водоемы площадью 5-25 м2 из-за выхода грунтовых вод.

В ходе полевой работы проводилось геоботаническое описание, устанавливался видовой состав, общее проективное покрытие (ОПП) фитоценозов и отдельных видов, отбирались образцы для определения запасов растительного вещества и чистой первичной продукции.

Результаты и их обсуждение. На открытом песке рекультивированного карьера через год после его образования появились единичные экземпляры видов нарушенных местообитаний - Calamagrostis epigeios (L.) Roth и Chamerion angustifolium (L.) Holub. На второй год на некоторых песчаных бортах в северной части карьера стало заметно формирование катен, включающих транзитную и аккумулятивную позицию. На транзитной позиции доминировали эти же виды, а на аккумулятивной возле водоемов -влаголюбивые Equisetum arvense L., Juncus alpino-articulatus Chaix, Poa supina Schrad., Rorippa palustris (L.) Bess, с ОПП 15%. Другие склоны были лишены растительности. На третий год зарастания катена разделилась на первую, вторую и третью транзитные позиции, и также включала аккумулятивную позицию. Каждая из них отличалась по видовому составу, проективному покрытию и запасам растительного вещества, ОПП на наиболее заросшей второй транзитной позиции возросло до 40%. В этот же год было отмечено появление проростков древесных видов - ив и берез. Площадь формирования катен не превысила 10% от общей площади бортов карьера.

Зарастание торфяных участков имело свои особенности. В первый год они были более заросшими по сравнению с песчаной поверхностью, здесь были отмечены виды Carex lapponica O. Lang, Cicuta virosa L., Equisetum sylvaticum L., Rorippa palustris (L.) Bess., Rumex acetosella L., с ОПП 5%. Данные виды, будучи болотными гигрофитами, очевидно, возобновились из семян и вегетативных органов, сохранившихся в торфе. На второй год большинство из них выпали, остались Rorippa palustris и Carex lapponica, который увеличил свое проективное покрытие. Доминировать стали те же типичные виды нарушенных местообитаний, что и на открытом песке: Calamagrostis epigeios и Chamerion angustifolium, ОПП растительности увеличилось в 4 раза и составило 20%. На третий год ОПП снизилось на торфе до 10%, доминанты остались те же. Число видов в течение трех лет было относительно постоянно, однако видовой состав изменялся.

Через 10 лет внешний облик карьера значительно изменился. Отдельные участки полностью заросли, но сохранилась мозаичность распределения растительности - были участки с лесом, с луговой растительностью и остались обширные пустые участки, приуроченные к более крутым склонам бортов карьера. На участках, отсыпанных торфом, его слой уменьшился в результате деструкции, а степень разложения торфа возросла, ОПП трав здесь стало 3040% (Calamagrostis epigeios, Chamerion angustifolium, Antennaria dioica (L.) Gaertn., Calamagrostis lapponica, Artemisia sp., Rumex acetosella), на поверхности торфа поселились зеленые мхи, покрывающие 20% поверхности и появились лишайники. На участках с развивающимся древесным ярусом средняя высота

сосен составила 1 м, численность б,5 тыс. шт. на га, средняя высота берез была 2,5 м, численность G,5 тыс.шт. на га. Встречались также единичные ивы и проростки елей.

Через 1G лет на участках открытого песка ОПП растительности составило от 5 до 2G% (Calamagrostis epigeios, Chamerion angustifolium, Equisetum arvense, Rumex acetosella, проростки Salix caprea), зеленые мхи занимали 2% поверхности. На катенах, сформировавшихся на открытом песке, за 1G лет видовой состав доминирующих растений существенно не изменился, но среди них появились древесные виды - сосны и единичные березы, а также поселился лесной кустарничек (Vaccinium vitis-idaea L.). На аккумулятивной позиции возросло число видов влаголюбивых растений, появились Eriophorum gracile и Carex lapponica O. Lang. ОПП на катене было следующим: первая транзитная позиция 15%, вторая транзитная - 5G%, третья транзитная - 1G%,

аккумулятивная - 2G%. Всего за время наблюдений было отмечено 22 вида растений, из которых постоянно присутствовали Calamagrostis epigeios, Calamagrostis lapponica (Wahlenb.) C.Hartm., Chamerion angustifolium, Rorippa palustris и доминировали два первых вида.

Таблица. Запасы надземного растительного вещества (г/м2) и надземной продукции (г/м2 в год) на торфяной отсыпке и на открытом песке в первые

годы зарастания

Г од зарастания Запас Продукция

Торф

второй 25 44

третий 1б 24

Песок

второй 19 32

третий 25 34

Для выяснения роли торфяной отсыпки в естественном зарастании были сравнены величины запаса и первичной продукции растительности на торфе и на песке (табл.). Полученные величины на торфе оказались ниже на третий год зарастания по сравнению с предыдущим в связи с выпадением из состава фитоценоза многих болотных видов, не способных выжить на сухом субстрате. Запасы и продукция на песке увеличивались в первые три года, и на третий год оказались выше, чем на торфе. Однако, через 10 лет участки, отсыпанные торфом, оказались более продуктивны по сравнению с песчаными участками.

На участках карьера, которые через 10 лет естественного зарастания все еще оставались пустыми, были проведены работы по посадке саженцев ивы и сосны. При этом молодые сосны прижились, а 95% саженцев ив погибли. Этот результат обусловлен тем, что не были учтены особенности физических свойств грунтов и биологические особенности растений. Установлено, что песчаные грунты карьеров имеют низкую влажность в течение летнего периода в связи с их низкой водоудерживающей способностью [3]. В таких условиях может

выживать сосна, которая чрезвычайно нетребовательна к эдафическим условиям, а ивы, будучи влаголюбивыми, погибают.

Заключение. Таким образом, на относительно пологих песчаных склонах и дне карьера травянистые растения достаточно быстро захватывали свободное пространство, и в течение первых трех лет здесь наблюдалось постепенное увеличение запасов и продукции. В то же время в течение всего времени наблюдений оставались площади открытого песка, на которых не восстанавливался растительный покров. На торфе на третий год естественного зарастания произошло снижение запасов растительного вещества и продукции. Однако, через 10 лет участки, отсыпанные торфом, оказались более продуктивны по сравнению с песчаными. То есть отсыпка поверхности выработанных песчаных карьеров торфом способствует развитию растительного покрова, однако, не сразу, а спустя несколько лет, когда торф подвернется деструкции, в результате чего улучшатся физические свойства грунтов и увеличится запас доступных элементов питания.

Посадка саженцев деревьев не представляется результативным способом рекультивации карьерных выработок по следующим причинам. Саженцы ивы погибают в условиях недостатка влаги и элементов минерального питания, и использовать их для рекультивации выработанных карьеров не целесообразно. Саженцы сосен, будучи нетребовательными к обеспечению элементами питания и влагообеспечению, выживают. Однако, было установлено, что в данных условиях они растут чрезвычайно медленно [4], что ставит под сомнение необходимость применения такого способа рекультивации. Для проведения успешной биологической рекультивации карьеров необходимо улучшать водно-физические свойства песчаных грунтов и обеспечить растения элементами питания, что будет способствовать быстрому задернению поверхности песка. Таким образом, биологическая рекультивация песчаных карьеров на севере является комплексной задачей, которая требует дальнейшего изучения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Васильевская В.Д. Биологические показатели деградации и самовосстановления почвенно-растительного покрова тундр / В. Д. Васильевская, В.Я. Григорьев // Сибирский экологический журнал. - 2002. - № 3. - Том IX. - С. 355-370.

2. Коронатова Н.Г. Сукцессия фитоценозов при зарастании выработанных карьеров в подзоне северной тайги Западной Сибири / Н.Г. Коронатова, Е.В. Миляева // Сибирский экологический журнал. - 2011. - № 5. - С. 697-705.

3. Коронатова Н.Г. Инициальное почвообразование на выработанных карьерах северной тайги Западной Сибири / Н. Г. Коронатова // Сибирский экологический журнал -2007. - № 5. - С. 829-836.

4. Коронатова Н.Г. Особенности и условия восстановления почвенно-растительного покрова на карьерах Западной Сибири / Н. Г. Коронатова // Вестник Томского гос. ун-та. -Приложение № 7. - Томск, 2003 - С. 135-141.

5. Магомедова М. А. Оценка перспектив естественного восстановления растительности на техногенно-нарушенных территориях полуострова Ямал / М.А. Магомедова, Л.М. Морозова // Освоение севера и проблемы рекультивации: Докл. III междунар. конф. 27-31 мая 1997 г. - Сыктывкар, 1997 - С. 108-114.

6. Миронова С.И. Техногенные сукцессионные системы растительности Якутии (на примере Западной и Южной Якутии). / С.И. Миронова // Техногенные сукцессионные системы растительности Якутии (на примере Западной и Южной Якутии). - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 152 с.

7. Миронычева-Токарева Н.П. Динамика растительности при зарастании отвалов (на примере КАТЭКа) / Н.П. Миронычева-Токарева // Динамика растительности при зарастании отвалов (на примере КАТЭКа). - Новосибирск: Наука, Сиб. предприятие РАН, 1998. - 172 с.

8. Сумина О.И. К анализу разнообразия растительности карьеров (На примере карьеров севера Западной Сибири) / О.И. Сумина // Освоение севера и проблемы рекультивации: Докл. III междунар. конф. 27-31 мая 1997 г. - Сыктывкар, 1997 - С. 76-87.

9. Сумина О.И. Активность цветковых растений при заселении техногенных местообитаний Чукотки (на примере карьеров щебня) / О.И. Сумина, В.В. Яцкевич // Вестник Ленинградского университета - 1990 - Сер. 3, вып. 4 - С. 51-54.

10.Шилова И.И. Первичные сукцессии растительности на техногенных песчаных обнажениях в нефтегазодобывающих районах Среднего Приобья / И.И. Шилова // Экология. - 1977. - № 6. - С. 5-14.

© Н.Г. Коронатова, Н.П. Миронычева-Токарева, 2012

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.