Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антропогенная флора и закономерности фитомелиорации отвалов в субаридной зоне Казахстана

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Антропогенная флора и закономерности фитомелиорации отвалов в субаридной зоне Казахстана"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ СИБИРСКИЙ БОТАНИЧЕСКИЙ САД

На правах рукописи

Куприянов Андрей Николаевич

АНТРОПОГЕННАЯ ФЛОРА И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИГСМЕЛИОРАЦИИ ОТВАЛОВ В СУБАРИДЮЙ БОНЕ КАЗАХСТАНА

03.00.05 - ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск,1992

Работа выполнена в Карагандинском ботаническом саду Академии наук Республики Казахстан.

Официальные оппоненты - Доктор биологических наук И.В.Таран

Лектор биологических наук Л.Я.Курочкина Дэктор биологических наук А.А.Таяасиенко

Ведущее учреждение - Донецкий ботанический сад АН Украины

Защита состоится Т" О'^ШП^ 1992 г. в'/^^ часов на заседании специализированного Совета Д 002.90.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Центральном сибирском ботаническом саде СО АН России по адресу: 630090, г. Новосибирск-90, ул. Золотодолинская, 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Центрального сибирского ботанического сада СО АН России.

Автореферат разослан + /А 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат биологических наук

9.

Э.А.Ершова

ОБЩАЯ ХАРА1СТЕРИСТККА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсивное освоение обширных пространств Центрального Казахстана началось сравнительно недавно. Года первых пятилеток, создание обширной системы Карлгга послужили'мощным толчком хозяйственного освоения территории. За короткий промежуток времени здесь созданы не только отдельные города, такие как Караганда, Джезказган, Балхаш, Экибастуз, но и целые селитебные комплексы: Карагандинский промышленный район, Павлодар-Экибастузскпй промышленный район. Наличие огромного количества полезных ископаемых, экстенсивный путь развития экономики, 1февалирущкй до настоящего времени, привел к интенсивной эксплуатации природных богатств этого региона, чрезмерным темпам роста химической промышленности и металлургии. Б субаридной зоне Центрального Казахстана, охватывающей зону сухих степей, расположены крупнейшие угольные месторождения: Карагандинское, Экибастузское, Щгбаркольское. Добыча угля сопровождается значительным нарушением экосистем. В Карагандинском промышленном районе нарушено свыше 13 тыс. га плодородных земель (Дридж, Татаринцев, 1979). В Карагандинском угольном бассейне в черте города Караганды и городов-спутников находятся 105 тер-риконников, отвалы вскрыши площадью 500 га. Большое количество нарушенных земель имеется на недавно пушенном в эксплуатацию Шубаркольском месторождении. Экологическая ситуация в промышленных городах Центрального Казахстана стала предметом январской сессии 1989 г. Академии наук Казахской ССР в городе Караганде. На ней было отмечено, что наиболее острой проблемой для региона является мощное загрязнение окружающей среда региона (Султанга-зин, 1989). Загрязнения атмосферы, воды, почвы отрицательно сказываются на всем состоянии окружающей среды (Байтулин, 1989). Антропогенное влияние затрагивает прежде всего растительный покров. Антропогенные изменения растительности усиливаются под влиянием резкоконтипентальности климата, в котором возможность демутационных процессов сильно затруднена. В связи с этим ^ез-вычайно важно вскрыть процессы, протекающие в растительном покрове под воздействием антропогенных факторов, для того, чтобы предотвратить катастрофическое разрушение экологических систем

I

и найти пути наиболее быстрого и эффективного восстановления биогеоценозов.

Цели и задачи исследований. Целью работы является установление закономерностей формирования антропогенной флоры в субаридной зоне Казахстана, выявление особенностей зарастания отвалов и разработка оптимальных способов фитомелиорации нарушенных земель. В связи с этим были поставлены следующие задачи: изучить и составить конспект растений антропогенной флоры Карагандинского промышленного района; выяснить закономерности формирования растительности в зависимости от состава техногенного элювия, мезо-,микро-, нанорельефа отвалов; подбор ассортимента травянистых растений для посева на отвалах и выяснение

особенностей создания травяного покрова на отвалах, сложенных различными техногенными элювиями; определение ассортимента древесных растений для отвалов.

Защищаемые положения. Под влиянием антропогенных факторов в субаридной зоне Казахстана формируется устойчивый техногенный флороценотип, характеризующийся наличием компанентов практически всех зональных флороценотипов.

2.Ключевыми звеньями системы фитомелиоративных мероприятий на техногенных элювиях Центрального Казахстана является подбор растений и приемы направленные на повышение эффективности использования ими влаги. Основными критериями пригодности растений, как древесных так и травянистых, является формирование широкозахватных, расположенных в поверхностном слое корневых систем. Высокоэффективным средством улучшения водного режима фитомелиоран-тов является мульчирование поверхности отвалов почвой, опилками, синтетическими веществами.

Научная новизна работы заключается в том что впервые для Карагандинского промышленного района составлен конспект антропогенной флоры и сделан экологический анализ, включающий 76 показателей. Определены условия и выяснены закономерности поселения растений на отвалах, выяснена роль орографических факторов в ускорении сингенетических сукцессий на отвалах.

I

Подобраны травянистые растения для различных типов техногенного элювия, обладающие большой -биологической продуктивностью и фитомелиоративным эффектом. Выяснены условия ускоренного создания травянистого покрова на отвалах, изучена флуктуация агро-ценозов на отвалах после их создания, значение орографии на распределение растений в посевах, выяснена роль сорных растений в посевах многолетних орав на отвалах.

Подведены итоги пятнадцатилетнего опыта о 50 видами древесных растений, выращиваемых в экстремальных условиях отвала. Подобран ассортимент растеши для биологической рекультивации, вскрыты закономерности роста растений.

Теоретическая значимость работы. Изучены закономерности формирования растительности под воздействием антропогенных факторов в субаридной зоне, что является вкладом в развитие и конкретизацию теории устойчивости экологических систем к неблагоприятным факторам среды. Выявлены критерии адаптации растений в экстремальных условиях техногенных земель на уровне организма.

Практическая ценность и реализация работы. На основании результатов исследований разработаны практические рекомендации (1979), вошедшие в "ТЭО восстановление земель, нарушенных горными и другими работами в Карагандинской области" (ожидаемая экономическая эффективность 210 тыс. руб.), а также в 'Текомеяда-ции по фитомелиорации отвалов Карагандинского угольного бассейна" (1981), принятые министерством угольной промышленности СССР. Результаты научно-исследовательских работ послужили основой для оформления изобретения "Способы рекультивации отвалов" (авт.св. 4266409/30-15(071440) от 28.03.88 № 196). На предприятиях ПО "Карагандауголь" последовательно осуществлялись внедрения "Подбор ассортимента древесных растений для отвалов Карагандинского угольного бассейна" (1983), "Создание травяных покрытий на отвалах Карагандинского угольного бассейна" (1984-1986); "Способ создания травяных покрытий на отвалах Карагандинского угольного бассейна" (1388-1989). Реальный экономический эффект от Енедре-ния законченных разработок за период 1988-1990 гг. составил 40 тыс. руб. В Экибастузе при активном участии автора создан научно-экспериментальный питомник по выращиванию ассортимента древесных растений, устойчивых в резкоконтинентальном климате.

Основные положения работы доложены на республиканском научно-техническом семинаре "Рациональное использование и охрана

земельных ресурсов, нздр и воды, растительного и животного мира (Алма-Ата, 1978); на Всесоюзной конференции молодых ученых "Проблемы изучения и использования в народном хозяйстве растений природной флоры" (Каунас, 1978); республиканской конференции "Роль растений в оздоровлении воздушного бассейна промышленных городов Казахстана" (Алма-Ата, 1979), республиканской конференции "Зеленые насаждения в градостроительстве пустынной зоны Казахстана" (Шевченко, 1979), региональной конференции "Состояние и пути снижения загрязнения окружающей и производственной среда" (Караганда, 1981, 1985); Всесоюзной конференции по теоретическим проблемам интродукции растений (Москва, 1983); региональной конференции "Восстановление техногенных ландшафтов" (Караганда, 1984); на Всесоюзной школе-семинаре "Охрана природа в зонах интенсивного освоения и рекреаций" (Затока, 1986); на УШ съезде ИБО (Алма-Ата, 1988); на Всесоюзной конференции "Проблемы рекультивации нарушенных земель" (Свердловск, 1988); "Интродукция растений в аридную зону" (Ашхабад, 1989); на республиканской конференции "Роль ботанических садов в охране и обогащении растительного мира" (Киев, 1989); на первой Всесоюзной научной конференции "Растения и промышленная среда" ( (Днепропетровск, 1990); на республиканской конференции "Промышленная ботаника - состояние и перспективы развития" (Донецк, 1990); на ВДНХ СССР (1981,1984 гг. - удостоены двух бронзовых медалей); на ВЩК КазССР (1985 г. - диплом I степени).

Публикации. По материалам исследований опубликованы 40 научных работ, в том числе I монография, 4 изобретения.

ГЛАВА I. Природные условия района исследования

Работа проводилась в Центральном Казахстане, относящемся к сухостепной зоне. .

Климат Карагандинского промышленного района резкоконтинентальный с суровой зимой, жарким летом, незначительным количеством осадков. Годовая сумма осадков не более 300 мм. Самим холодным месяцем является январь, среднемесячная температура которого составляет -13,5-16°. Самый теплый месяц - июль, средняя температура воздуха - +19-21°. Средний абсолютный минимум - 35-40 . Абсолютная годовая температура составляет около 100°. Промерзание почвогрунтов в зимний период достгает 2 м. Летом наряду с

жаркой погодой возможны резкие похолодания до -2°, -5° (Агроклиматические ресурсы Карагандинской области, 1976; Климат Казахстана, 1959).

Карагандинский промышленный район находится в зоне каштановых почв. В цределах района исследованийнасчитывается 5 типов почв: темно-каштановые, лугово-каштановые, луговые, солонцы, солончаки. Общей чертой почв-является малая мощность мелкоземис-той толщи и солонцеватость. Засоленные почвы занимают около 40 % территории Карагандинского промышленного района (¿встифеев, 1959; Стороженко, 1952, 1963, 1967).

В резкоконтинентальных условиях создается неблагоприятный для роста растений режим влажности почв. Запас влаги для темно-каштановых почв составляет 55 мм, в метровом слое 116 мм. Запасы продуктивной влаги, обеспечивающие рост и развитие растений, сохраняются до третьей декады мая, после чего влажность уменьшается до величин ниже влажности устойчивого завядания.

На формирование растительности большое влияние оказывают антропогенные факторы. В районе исследований находятся 26 шахт, на поверхности насыпано 105 терриконников, 10 отвалов вскрыши. Наряду с отвалами характерны провалы от подработок, земляные насыпи, развитая сеть дорог, скопления отходов металлургического и химического производства, объем которых в изучаемом районе превышает 100 млн. м3. Общая площадь нарушенных земель составляет более 30 тыс. га. Выносимые на поверхность породы, отходы металлургического комбината, электростанций подвергаются физическому и химическому выветриванию, что приводит к загрязнению продуктами выветривания окружающих территорий.

В районе исследований очень широко распространены техногенные земли как результат воздействия человека на поверхностные отложения при промышленном и гражданском строительстве.

Существенное влияние на формирование растительности оказывают выбросы промышленных предприятий, их в районе исследований 400.0бъем выбросов составил 1200 тыс.тонн.Главными^нгридиентами выбросов являются твердые частицы, сернистый газ, окислы азота.

В результате эксплуатации канала Иртыш-Караганда, развития поливного садоводства и огородничества, изменяется гидрологический режим почв. После длительного орошения они приобретают черты луговых. Интенсивно протекают процессы вторичного засоле-

ния,. уплотнения почв, увеличения содержания мелкодисперсных частиц и их цементации.

■ ГЛАВА 2. Объекты и методика исследования.

Изучение антропогенной флоры Карагандинского промышленного района было предпринято автором с 1976 года. Для достижения поставленных целей проводилось описание растительности на территории изучаемого района детально-маршрутным методом в сочетании с методом выделения фяор-изолятов (Бурда, 1991). В качестве фяор-изолятов служили антропогенно измененные территории городов Караганда, Темяртау, Сарань, Шахтинск, отвалы вскрыши и терриконники. Конкретные описания послужили основой составления конспекта антропогенной флоры Карагандинского промышленного района.

Для эколого-биологического анализа мы использовали систему экоморф, проложенную Бельгардом (1980). В ней демонстрируется правде всего 1фиспособление видов к фитоценозу в целом и каждому из структурных элементов экотопа в отдельности (клима-топу, гелиотопу, термотопу). Приспособления видов к фитоценозу в целом определены как ценоморфы, к климату - климаморфы, к гелиотопу - гелиоморфы, термотопу - термоморфы. В конспекте отмечались растения местной флоры и заносные - гемерофиты, которые в свою очередь распределялись по времени, способу заноса, степени натурализации (Гуганаев, Пузырев, 1988). Дальнейшее распределение антропогенных видов производилось по способности вегетативного размножения (Суворов, 1971), по времени зацветания, способу опыления, распространения плодов, и семян (Быков,, 1957). Всего изучено 26 флор-изолятов, произведен анализ антропогенных видев по 76 биолого-экологическим показателям.

Особенности формирования растительности в зависимости от мезо-^ микро-, нанорельефа изучались методом заложения трансокт (Понятовская, 1964). Интерлретащи полученных результатов проводилась различными способами, принятыми в геоботанике (Цэейг-Сшпг, 1967; Быков, 1957). Была изучена норма реакции морфологических признаков у облигатных растений на отвалах.

Лосевы растений производились на шахтных отвалах вскрыши, для этого использовались семена растений, широко применяемых в-сельском хозяйстве: Аегоругоп CI•istatum, МеШоиш оГ:е1с1па-

6

lia, Psathyrontachys júncea, ОпоЪгусЫз arenaria И ИХ TpaBO-сыеси. Посев производился весной и осенью на участках без улучшения и с нанесением слоя почвы и других материалов на поверхность отвалов. Отдельно изучалась оптимальная толщина при зем-леЕании. Изучалась продуктивность посевов, сроком от 5 до -12 лет; особенности формирования корневых систем и ж масса; роль нанорельофа в формировании посевов; изменения, происходящие в посевах с точенизм времен':,

В качестве об^ектоз по изучению древесных растений на , отвалах выбрано 51 вид древесных растений, проведших успешное - испытание в ботаническом саду и рекомендованных для озеленения (Беспаев и др., 1981). Растошш высаживались на четырех экспериментальных участках на шахтных отвалах и отвалах вскрыши. По-■ садка растений производилась восной сеянцами, саженцами, корневыми отпрысками. Всего было высажено 8200 шт., все растения маркировались и шелк индивидуальный номер. Изучались: приживаемость, сохранность растений на отвалах через I, 3, 5 лет; динамика роста растений, годичных приростов, раскапывались корневые систем! (Тарановская, IS57; Краснльшжов, 1983). Для окончательного определения состояния растении.на отвалах использована методика .определения успешности интродукции с помощью визуальных наблюдений (Лапин, Рябова-Стогова, 1977; Лапкн и др., 1979). Эта методика предусматривает оценку зимостойкости, .определение одревеснения побегов, побзгообразовательной способности, прироста в высоту, плодоношения, степени повреждения болезнями и вредителями. Она наиболее полно и объективно отражает состояние интродуцентов и дает возможность сравнить полученные результаты с имеющимися литературными данными.

ГЛАВА 3. Флора Караганпинского промышленного района -

. 3.1. Характеристика растительности

В пределах изучаемого района выделены следующие типы растительности: степной, луговой, болотный, кустарниковый (Кара-кшпева, Рачковская, 1973). Используя .схему йлороценотипов, предложенную Р.И.Бурда (1991).можно выделить Q флороценотипов:степной, петрофильный, луговой, галофильный, болотный, синантропшй,

I . 7

кустарниковый, лсамофильный. В степном типе растительности наиболее распространены грудницево-типчаково-ковылковые степи

(Linosyris tatarica, Fes tue а valesiaca, Stipa lessingiana)

на темно-каштановых почвах; маршаллово-полынно-типчаково-красно-ковыльные ( Artemisia marschlliana, Festuca valesiaca, Stipa za-Xesskii ) детрофитно-разнотравно-типчаковые ( Festuca valesiaca, Centaurea sibirica, Orostachys spinosa; др.); а также лет-рофитно-разнотравно-полынные (Artemisia frigida, Patrinia intermedia, Scorizonera austriaca ) степи на каменистых склонах и вершинах солок.

Основным типом настоящих лугов являются полидоминантные разнотравно-злаковые сообщества (EZytrigiа repens, Bromus iner -mis, Calamagroetis epigeios). На лугах в галофильном флороцено-тиле ценотидно верными видами являются Aster tripolium, Puccin-ellia tenuissima, Hordeum bogdanii.

В болотной растительности различаются тростниковая (Ptrag-mitee communis), клубнекамышовая (Bolboschoenus maritimus), болотнидевая (Eleocharis palustris ), осококвая ( Carex melano -staehya) формации. Во флороценотипе степной растительности ведущую роль играют Caragana frutex, Spiraea hyperieifolia, Rosa spinosissima, Lonicera microphylla.B целом растительность Карагандинского промышленного района не имеет специфических черт и является переходной мевду зоной луговых и типчаково-полынных степей.

3.2. Систематический анализ антропогенной флоры

Антропогенная флора Карагандинского промышленного района насчитывает 377 видов, относящихся к 48 семействам. Наибольшая численность у семейств Asteraceae - 97 видов, 35 родов; Bras-sicaceae- 31 и 19; Chenopodiaceae - 32 и 15; Роасеае - 37 и 22 соответственно (табл. I). Среди родов имеют наибольшее количество видов: Artemisia - 15, Scorzonera - 9, Achillea, Senecio, Lepidium, Chenopodium по 6 видов. Среди антропогенных растений два вида - Cyclachaena xanthiifolia И Strigosella tri-chocarpa - новые растения для Казахстана. Artemisia saissa -nica, Centaurea pseudoma culosa fCarex melanantha, Silene dichotoma - новые растения для Центрального Казахстана.

По сравнению со всей флорой Центрально-Казахстанского мел-косопочнина (ЦКМ) (Карамышева, Рачковская, 1973). Совпадает только первое семейство - Asteгaceae . Его доля в общем числе видов 25 %, что много больше, чем в других аналогичных флорах (Кондратюк и др., 1985, Абрамова, 1988; Аралбаев, 1989; Туганаев, Цу-зырев, 1988; Стихарева, 1990). На втором месте находится Роасеае которое во флоре ЦКМ занимает третье место.

Таблица I

Систематический анализ антропогенной флоры

Семейство ¡Абсолютное!^ от обще-!Абсолютное!$ от общего .'число ро- !го числа ¡число ви- ¡числа видов !дов ¡родов !дов !

I ! 2 ! ! 3 ! 4 ! 5

Asteraceae • 35 18,1 93 25,0

Роасеае 22 11,0 36 9,8

СЬ.епорос11асеае 15 7,5 31 8,1

Вгазз1сасеае 19 9,8 30 8,1

РаЪасеае 12 6,0 20 5,4

Са гуорЬу 11а о еа.е 9 - 4,5 15 4,0

Зсгор1ш1аг1асеае ■7 3,5 12 3,3

Сурегасеае 4' 2,0 12 3,3

Архасеае 10 ; 5,0 ' II 3,0

Ро1уЕопасеае' 5 ■ 2,5 - 10 2,7

ЛоБасеае' 4' 2,0 10 •2,7

ВогаЁмиасеае ' 4 2,0 10 •2,7

Капипси1асеае ■4 ' 2,0 7 1,9

ЫИасеае 2 1,0 5 1,4

Р1а^а§1пасеае I 0,5 5 1,4

Juncaceae 2 1,0 . 4 1Д

Ытоп1асеае 2 1,0 4 1,1

АШаоеае I ' 0,5 3 0,8

АзрагаБ1паоеае I 0,5 3 0,8

ЕирЬогМасеае I 0,5 3 0,8

Iгidaceae I 0,5 3 0,8

1впиасеае 3 1,5 3 . 0,8

ОпаЕгасеае Т 0,5 3 0,8

Окончание таблицы I

I ! 2 ! 3 ! 4 ! !

Sallcaceae I. 0,5 3 - 0,8

Solanaceae 2 1.0 3. 0,8

Typhaceae I 0,5 3 0,8

Остальные семейства 21 10,5 26 7,2

Уменьшение доли бобовых растений с 7,9 $ во флоре ЦКМ до 5,4 % в антропогенной флоре, соответственно 2 и 5 места, связано с элизией многих астрагалов, поскольку большинство из них стенобионты. Из других семейств, составляющих первую десятку, обращает внимание резкое сокращение ведов Rosaceae среди синан-тропной растительности севера Центрального Казахстана занимает по числу видов второе место (Стихарева, 1990).

3.3. Экологический анализ антропогенной флоры

В ценоморфе антропогенных растений более всего рудерантов,-31,9 % , примерно поровну пратантов и степантов - 91 и 94 вида. Среди климаморф большинство растений - 1фиптофиты. Они составляют 42,4 % от всего количества антропогенной флоры, а среди них более всего геофитов - 152 вида. Террофитов и гемикриптофитов -

- 91-92 вида. Большинство растений - 310 видов или 84,2 % являются гелиофитами, тенелюбивые растения (Galinsoga parviflora

и др.) составляют 1,4 %. Большинство растений - мезотермофиты

- 91,5 %, олиготермофиты - 82 %, меготермофиты практически не встречаются. Особенностью антропогенной флоры является подавляющее количество олиго-мезотрофов - 71 %, меготрофы и нитрофилы составляют едва более 20 %. В антропогенной флоре господствуют мезофиты - 210 видов, что более чем в три раза больше, чем ксерофитов.

Основу антропогенной флоры составляют апофиты - 263 вида, гемерофитов -104 вида. Среди археофитов следует отметить Artemisia sieversiana, A. eaissanica, Arctium tomentosum, Scorzonera inconspicua. С началом перехода населения к активному земледелию

появились Pastinaca graveolens, Aoroptilon repens, Sonchus ar -vensis, s. о1егасеив.Вследствии своей мезофитности растения появились на поливных землях, а позднее расселились по сорным местам. Следует отметить, что неполнота • палинологических исследований новейших отложений, отсутствие достоверных и объемных сборов оставляет много белых пятен установления времени заноса растений в древнейшее время. В этом плане появление эукенофитов можно установить с достаточной точностью. Среди них следует отметить Matricaria discoidea,Cyclachaena xanthiifolla,Strigosel-la trichocarpa, Portulaoa oleracea , Centaurea pseudomaculasa, Galinsoga parviflora, Poa annua. В антропогенной флоре заметно возрастает доля однолетних растений до 25,3 % и уменьшение доли многолетников до 66,6 %. Вегетативно подвижные растения состав^ ляют половину всех многолетников, существенную роль шрают Convolvulus arvensis, lactuca tatarica, Sonchus palustris, Cirsium setosum, Artemisia austriaca. Сокращается численность клубневых и луковичных- растений. По времени зацветания наиболее многочисленна группа раннелетнецветуцих и летнецветущих растений -91 вид, эфемеров и эфемероидов - 36 видов ( Ranunculus pedatus, R. polyrhizus, Gagea bulblfera, Tulipa patens, Adonis wolgeneis и т.д.). Мало осеннецветущих растений. Как правило, представители Chenopodiaceae И Asteraceae (Aster tripolium, Crinitarla tatarica, Galatella angustissima). Энтомофилов В два раза больше, чем анемофилов. По способу распространения плодов и семян преобладают автохоры.

Увеличение доли эщштошшх растений, за счет эцезиса геме-рофитов, являющихся, как правило, мезо- мезоксерофитами (Abuti -Ion theophrasti, Silene dichotoma и Др.). И ЭЛИЗИЯ ксерофитов-стенобнонтов (виды Astragalus, Achillea micrantha, Ancathia ig-niaria, Jurinea cyanoides приводит к увеличению доли мезофитных растений.

ГЛАВА 4. Формирование флоры и растительности на отвалах

Изучение формирования растительности на отвалах проводится во всех угольных бассейнах России, Украины и других государств (Леонтьев, 1966; Бакланов, Додатко, 1975; Кадцралшн, 1979; Ма-хошгаа, Чибрик, 1978; Моторина, 1970; Стифеев, 1988; Трофимов и

II

др., I977-; 1978, 1986; ziemnicki, 1975; Бендера, 1988; Jentscb, 1975; Liminham, 1977; Tasker, Chadwiok, 1978; Archibald, 1980).

Формирование отвалов означает появление субстратов, ранее не имевших аналогов среди зональных почв. (Тарчевский, 1970; Трофимов и др., 1978). Подобные субстраты биологически стерильны, хотя поселение микроорганизмов, сине-зеленых водорослей происходит в считанные часы после отсыпки отвала (Наплекова и др., 1982) (с момента образования отвалы подвержены экспансии близлежащих биогеоценозов посредством заноса семезачатков на освободившуюся территорию. Как считает С.С.Трофимов и его сотрудники, (1988), все компоненты биоты должны комплектоваться из организмов, которые являются доминантами или сопутствующими видами смежных, типичных для данной зоны биогеоценозов, а следовательно, в качественном отношении они должны иметь заметные черты сходства с зональными. С другой стороны, появление атипичных субстратов не может не влиять на направленность и окончание демутациошшх процессов . Б.М.Миркин (1977) выделяет среди других форм антропогенных изменений растительности антропогенную эволюцию, в результате которой поселяются новые виды и новые их сочетания; ее результат никогда не бывает повторением пройденного.

В результате формирования растительности на отвалах Карагандинского промышленного района образуется новый техногенный флороценотип, для которого характерно наличие ценоэлементов лугового, степного, галофильного, петрофильного рудерального флороценотипов, выступающих в самых разнообразных сочетаниях. В результате образуются новые сообщества растеши, тлеющие черты зональной или интразоналыюй растительности, но не повторяющие их. Такие сообщества удобнее называть паразоналышми или пара-

интраз оналышми.

Большое значение для формирования растительности имеют форш рельефа. С.С.ТМ™0В с сотр. (1978), Э.Б.Терехова и Р.Н.Лакина (1978) отмечали, что и группировки пионерных растении и дальнейшая их эволюция, тесно связаны с формами рельефа. Прежде всего, это выражается в обилии видов и большом проективном покрытии на северных элементах мезорельефа. С другой стороны, исхода из полученных данных, конгломератность флористических элементов на отвалах не дает пока возможности выделить на

различных участках мезорельефа какую-нибудь ценотическую нащзав-ленность и свидетельствует о незавершенности сингенетических сукцессии.

Чем меньше градация рельефа, тем большее влияние она эка-звает на флористический состав и особенности размещения растений. На уровне микрорельефа начинает вырисовываться направленность сингенеза в сторону образования луговорудерантных сообществ на супралиторалыюй части отвала вскрыши и в провале, и рудерально-галофитных сообществ на приподнятой части. В зависимости от форм микрорельефа проявляется продвинутость демутационных процессов ' на участках с более благоцриятным режимом увлажнения, фи одинаковом возрасте на участке делювиального смыва и склона растительные группировки имеют пионерный характер с преобладанием однолетних рудерантов.

Наименьшие формы рельефа - нанорельеф - определяют моза-ичность зарастания. lip и чем, именно на этих элементах рельефа происходит поселение растений и именно от них зависит создание разнообразных экологических ниш. Нанорельеф создает реальные предпосылки для характера всей дальнейшей растительности. На этом этапе процессы сингенеза растительности начинают сменяться процессами эндоэкогенеза - внутреннего формирования изменений среды под воздействием жизнедеятельности пионерной растительности. Поселение многолетних растений способствует снегонакоплению и поселению как своего потомства, так и других растений в зоне своего влияния. Случайное поселение растений с хорошо выраженными виолентными свойствами создает вюфуг себя фитогенное поле, заключающееся в создании новых микроэкологических ниш, На отвалах в виде таких фитогенных центров выступают: Artemisia saissanica Filat., Artemisia dracunculus L., Achillea nobilis L. Только благодаря эндоэктогенезу эти виды увеличили обилие с единичных экземпляров на отвале вскрыши в 1981г. до обильных в 1989 г. Создавая искусственные формы напорельефа, мы по сути дела, индуцируем эндоэкогенетические процессы, которые, в свою очередь индуцируют сингеиез и сингенетические сукцессии. На рисунке I показаны результаты опыта по созданию гребней высотой 15 см через 60-80 см. Наибольшее количество поселившихся растений отмечено в варианте, где гребни ориентированы поперек дующих ветров.-

На отвалах с наибольшей полнотой можно проследить характерные сингенетические сукцессии. Причем, в зависимости от эдафи-

ф-а

Сб А-г

□ -Д Д-е

Г5—БТГ-oj a 0 Q ОоЧ— a 4, 0

о ООО °

$ о' □ о „ 0 00 gn

О a □

о о a

Q □ 0 О 0 D □ a о П

® ® c0n 0

о 0 D о

I

о о о ^в _

___£©_ iq. __ _

о ОЛ 'о о" В® cyi®' _ _ fi-o-io-__с.

^---Ы"

LDJ1---.?--4----

-------о~

__Jp _ ojjO^L О п Л

--— — ■■¿-»-».'та

1' 1 !; s ! II 1' " ! i ll <1

! '! ii

и 11 ii и ■ !o'

и II II II ' li 1 II d'ffili 11° ll

|| и II II 1 II 1 II II II II ll

ад1 и || ¿' »"-Л1 о

3

^..^¡S^g-A 0« л о Л'«»' „4° л°04° 0

(ftotp » "в о?Д о 4о о

if о Л 'i' "о fi

Ж'Г? i • V 4°о°.4о о А

Рис. I. Естественное зарастание отвалов вскрыши после создания форм нанорельефа.

А - начало опыта; Б - на второй год: I - контроль, 2 - гребни вдоль господствующих ветров (север-юг), 3 - гребни поперек господствующих ветров (запад-восток), 4 - сплошное рыхление грунта, а - Artemisia nitrosa, б - Calamagrostis epigeios, В - Kochia scoparia, Г - Polygonum aviculare, д - Salsola foliosa, e - Salsola collina, Ж — Petrosimonia sibirica.

ческих условий на одновозрастном отвале можно проследить все начальные этапы становления растительности: пионерных раститель ных группировок и груллово-зарослевых сообществ. Диффезных со- • обществ с характерным динамическим равновесием компонентов и саморегулированием на отвалах Карагандинского промышленного района не найдено. Сортимент пионерных видов определен эвритоп-НЫМИ рудерантами: Kochia scoparia, Artemisia sieversiana, Poly® num aviculars, Amaranthus а1Ъиз. Эксплерентность ЭТИХ

растений выражена в особенностях прорастания семян и формирования корневых систем (Куприянов, 1988,1989). На втором этапе появляются виды, как правило, многолетние, луговые, обладающие большой ценотической' мощностью, заключающейся в большой вегетативной подвижности, способности к экспансии на свободных пространствах: Artemisia saissanica, Calamagrostis sp., Artemisia austriaca, Saussurea amara, Agropyron fragile, Convolvulus arvensis, Lactuca tatarica и другие.

На этой стадии для образующихся сообществ характерно при наличии пионерных появление атипичных растений: silene fruticulosa - на отвале вскрыши и strigoseiia trichocarpa - на терриконнике. Клоновость и отсутствие внутренних связей щзиво-дит к резким границам сообществ, что также не является характер, ным для сложившихся ценозов. На этой стадии в результате усиления эндоэкогенетических процессов увеличивается количество поселяющихся растений. Дальнейшее формирование растительности на отвалах не завершено вследствие "молодости" техногенных образований.

ГЛАВА 5. Биологические особенности травянистнх растений и их судьба после посева на отвалах

Главным лимитирующим фактором создания искусственных травяных покрытий являются особенности сложения отвалов.

Техногенный элювий отвалов вскрыши и шахтных отвалов непригоден для выращивания сельскохозяйственных растений. Основны ми лимитирующими факторами на отвалах вскрыши являются неблагоприятные физические свойства техногенного элювия: высокое содержание физической глины, низкая водопроницаемость.

Мера диссонанса, показывающая неравномерность появления всходов (Миркин, Розенберг, 1978) достигает почти единицы, что свидетельствует о крайне неравномерном их распределении в посеве.

Неравномерность появления всходов является в свою очередь функцией определенных физических факторов. Это хорошо доказывается опытом по изучению влияния определенных абиотических факторов на рост донника желтого. Применение коэффициента корреляции позволило ранжировать значение отдельных факторов на растения, посеянные на отвале. По значимости наибольшее значение приобретает нанорельеф, на втором месте - влажность техногенного элювия. Влажность в большей мере связана с отрицательными элементами нанорельефа (табл. 2).

Таблица 2.

Коэффициенты корреляции основных признаков растений в посевах донника желтого и условий произрастания (36 пар). Критическое значение г = 0,33

Показатель ! а ! б ! в ! г ! д ! е

Рельеф а -

Количество расте- -о;73

ний, шт. б -

Вес растений, г в +0,43 +0,12 -

Высота растений,см г +0,66 +0,50 +0,58 -

Влажность техноген- д +0,51 +0,53 +0,36 +0,66 -

ного элювия на глу-

бина 5 см

Толщина слоя е +0,34 +0,30 +0,32 +0,60 +0,69

опилок, см

Накопление влаги в приповерхностном слоо техногенного элювия - определяющий фактор создания агрошитоценозов. Наиболее важен начальный период вегетации: май-июнь. В одном из опытов влажность техногенного элювия на глубине 5 см в варианте, где производилось мульчирование поверхности отвала опилом 3-11 см, а также где проводилось землевание каштановой почвой слоем 5-7 см, достоверно выше, чем на нетронутой поверхности отвала (рис. 2). С увеличением глубины до 20 см влажность во всех трех вариантах становится одинаковой.

Рис. 2. Влажность техногенного элювия отвала вскрыши I - землевание, 2 - мульчирование, 3 - контроль, заштрихованы области достоверного увеличения влажности в варианте с мульчированием.

Особенностью климата Центрального Казахстана является чрезвычайно низкая относительная влажность воздуха, которая в отдельные даты достигает 30 %. В этих условиях чрезвычайно важно учитывать малейшие изменения условий экотопа, что определяет судьбу посевов. В этом отношении большое значение, приобретает сорная однолетняя растительность, высеянная совместно с многолетними травами.

В опытах совместного посева семян сорных растений, собранных на близлежащих к отвалу пустырях и Agropyron cristatum в год посева сорные растения выполняли роль покровной культуры, фитомасса сорных'однолетних растений превышала в десятки раз фитомассу Agropyron cristatum. На второй год сорные растения появляются в меньшем числе и их фитомасса резко уменьшается. Па третий год увеличивается фитомасса Agropyron cristatum и достигает фитомассы сорных растений. На четвертый год после посева фитомасса•житняка значительно превышает массу сорной растительности, которая составляет V % от массы первого года после посева. В дальнейшем динамическое равновесие между массой Agro-

Рис. 3. Динамика фитомассы однолетних сорных и житняка: - сорные однолетние растения, СП - житняк гребенчатый.

pyron cristatum и сорной растительности сохраняется в течение 10 лет (рис. 3).

По многолетним данным урожайность трав наиболее высокой была уOnobrychiis arenaria - Ьд ц/га, наименьшая - у Meli-lotus officilis - 2,2 ц/га. У Psathyrostachys juncea' u Agropy-ron cristatum урожайность в среднем составила 2,9 и 3,4 ц/га. Осенний посев злаков дает лучшие результаты, чем весенний посев. У Agropyron cristatum в среднем за пять лет вариант с осенним посевом дает прибавку урожая по сравнению с весенним посевом 2,4 ц/га, а у Psathyrostachys juncea - 1*,8 ц/га. Урожайность Onobrycbis arenaria после весеннего посева больше,

чем после осеннего почти в три раза и достигает максимальной величины - 9,2 ц/га. На урожайность Melilotus officinalis срок посева не оказывает большого влияния.

Формирование подземных органов у посеянных растений на отвалах интересно с двух позиций. Во-первых, этот показатель является традиционным биотестом на потенциальную пригодность техногенных элювиев к фитомелиорации (Чибрик и др., 1982; Куприянов, 1983; Касимов и .др., 1984). В этом плане отвалы вскрыши Карагандинского угольного бассейна являются весьма пригодными дая фитомелиорации. Несмотря на тяжелоглинистый состав техногенного состав техногенного элювия корни беспрепятственно проникают вглубь отвала, чему способствует рыхлость насыпного грунта. Безусловно, небольшие размеры надземной части оказываются на размерах корней, которые много меньше, чем на зональных темно-каштановых почвах Необходимо отметить, что относительно надземной части подземная часть избыточно развита. Отношение над/подземной фитомассы у во-лоснеца ситникового составляет 1:15, житняка - 1:7, эспарцета - _ 1:2,5. Такие соотношения характерны для дерновинных степей Центрального Казахстана. Во-вторых, решая практические задачи: наиболее предпочтительны растения с максимальной подземной массой в приповерхностном слое. Для этих целей отвалы являются хорошими моделями, поскольку корневые системы омброфитны и их форма зависит главным образом от видовой специфичности. Безусловно, самым предпочтительным растением для использования на отвалах является Psathyrostachis juncea, масса корней у которого достигает 46,5 ц/га (табл. 3).

Землевание и посев трехкомпонентной травосмеси являются необходимыми предпосылками для формирования сообществ, близких к зональным. При этом решающее значение имеют остатки корневищ и запас семян в почве. Наличие даже небольшого слоя почвы создает более благоприятные условия для развития растений. Только благодаря- этому фактору наблюдается интенсивное разрастание в 1у-trygia repens и процесс сингенеза направлен на образование степного сообщества. Характер зарастания на нерекультивированной части отвала показывает,' что процессы сингенеза направлены в сторону образования петрофитно-солончакового сообщества с глубоким залеганием грунтовых вод, не наблюдаемом в окрестностях Караганды. Подобные сообщества довольно редки.и нами наблюдались в долине реки Чар (Семипалатинская обл.) на плотной галични- • 19

ковой косе.

Таблица 3.

Масса корней многолетних растений на техногенном элювии отвала вскрыши через 5 лет- после посева, ц/га

Глубина,СМ ГРза-ЬЬугоз-ЬасЬуз ! Аегрругоп ! ОпоЪгусЫз

'¡¡ипсеа (ЕЧвсЬ.!cristatuлl (Ь.)В. ¡агепагаа (Kit.)

0-10 33,77+4,32 16,60+4,00 9,83+0,71

10-20 5,75+0,37 4,00+1,50 4,77+1,80

20-30 5,53^0,80 1,00^0,003 4 2,03+0,46

. 30-40 1,00+0,43 0,60+0,01 1,77+0,00 3

40-50 0,50+0,25 1,20+0,03 0,60+0,00 6

50-60 . 0,20+0,10 0,30+0,01 0,77+0,00 3

- 60-70 0 0,60+0,01 1,07+0,00 3

70-80 „ 0 0,10^0,01 0,27

80-90 0 0,40+0,02 0,22

90-100 0 0,10+0,00 3 0,00

В метровом слое 46,57 25,20 21,55

ГЛАВА 6. Испытание древесных растений в условиях техногенных земель

6.1. Зимостойкость

К деревьям и кустарникам, выралдаваемым на отвалах, предъявляются более высокие требования, чем к растениям, используемым в зеленом строительстве. Растения должны быть устойчивы к погодным условиям Центрального Казахстана и условиям микроклимата, возникающего на отвале. Они должны успешно противостоять неблагоприятным свойствам пород отвалов, обладать способностью к симбиозу с микроорганизмами, поглощанцими азот из атмосферы, развивать широкозахватную поверхностную систему, предотвращающую дефляцию грунтов и при. этом обладать высокими декоративными качест-'вами.

Из 48 видов, испытанных в условиях отвала вскрыши, без' повреждений зимовали 20 видов; 9 имели незначительные поврежде-

ния годичного прироста побегов, у 10 видов зимние повреждения вызывают гибель не только годичных приростов, но и более старых побегов. Низкой зимостойкостью обладают 9 видов. Среди них Sambucus racemosa, Cornus alba, C...baileyi, С. bretschneideri, Acer ginnala, Prinsepia sinensis и др.

6.2. Увеличение высоты

Высота древесных растений в конкретных метеорологических условиях определяется во-первых, генетическими возможностями, экологическими условиями и возрастом. В процессе онтогенеза они достигают характерной для данной зоны максимальной высоты - экологического максимума. Увеличение высоты до экологического максимума является одним из показателей устойчивости древесных растений к условиям отвалов. Например, из 42 видов древесных растений, прошедших испытание на отвале вскрыши, реальное увеличение высоты происходит только у 15 видов.

Детерминирующим рост действием обладает по правилу Либихи фактор, находящийся в минимуме. Интегрально он реализуется в экологическом максимуме. На рис. 4 показаны кривые роста 15 видов древесных растений в течение 14 лет на неполивной зональной каштановой почве - Фр то же при влажности 80 % полной полевой влагоемкости - Ф^ и техногенном элювии отвала вскрыши - Кривая ij показывает достижение растениями экологического максимума (ЗМ), складывающегося из генетических возможностей и всего комплекса погодных условий. Кривая ïv, показывает увеличение высоты до экологического максимума при ухудшении условий минерального питания. В данном случае ухудшение условия роста не выходит за рамки компенсаторных возможностей генотипа растений и оно способно'достигнуть экологического максимума, но за более длительное время -t2. Кривая Фд показывает рост растений в случае улучшения эдафических условий (улучшение условий увлажнения) . Формируется новый максимум - НМ. Различие между НМ и SM б будет являться ценой фактора. Перспективность использования того или иного вида (экотипа) древесных растений в качество фпто-мелиоранта на отвалах определяется прежде всего способностью реализовать экологический максимум.

Высота

—г

t

3

Цена фактора

Возраст

t

'-к-

Рис. 4. Рост древесных растений при различной напряженности экологических факторов.

6.3. Форма роста растений на отвалах

На основании многолетних наблюдений за растениями на техногенных землях мы смогли сгруппировать морфологические изменения растений и представить их в виде схемы (рис. 5).

Наиболее распространена кустарниковая форма типичных деревьев. Она отмечена на отвалах вспыли у ulmus pumila, Robinia pseudacacia, Acer girmala, A." semenovii и некоторых других растений. Эта форма возникает в результате гибели или быстрого торможения апекса, что ведет к появлению равноценных боковых побегов. Нередко после улучшения условий питания, увлажнения растения восстанавливают характерную для них форму роста.

Несколько реже наблюдается псевдокустарниковая форма. Она заключается в обмерзании большей части надземного побега (Crataegus turkestanica) на отвале вскрыши или в обнажении корней (Populus balsamifera) в результате чего появляется система однолетних побегов, погибающих в зимний период, но во-

1 - стандарт,

2 - восстанавливавшаяся,

3 - сбежистая,

4 - кавделябровая,

5 - карликовая,

6 - лсевдокустарниковая,

7 - кустарниковая

6

Рис. 5. Изменения форм роста на отвалах

7

зобновляющихся на следующий год. Шестилетние наблюдения за Crataegus turkestanica показали, что жизненность растений высокая, что сказывается на обильном появлении побегов из оставшейся части ствола. Очевидно, что во времени эта структура может существовать достаточно долго.

У многих растений на отвале вскрыши распространена карликовость, очевидно, как следствие недостаточного минерального питания. Показательным примером является Hippophae rhamnoid.es которая цветет,'плодоносит, но достигает 0,9 м.

Многие растения, особенно боярышники, имеют восстанавливающуюся форму роста. Главный побег в течение 5-7 лет на растет. Затем появляются замещающие побеги, которые обгоняют в росте материнский побег и восстанавливают присущую растениям форму.

Сбежистость побегов на стволах также широко распространена. Она выражается во внезапном сужении главного апекса, сильном разрастании боковых нижних побегов. Появление сбежистости возможно, связано не с литогенной основой, а с особенностями

микроклимата отвалов.

Наконец, нами выделена канделябровая форма роста побегов (Acer negundo ) которая заключается в отмирании верхушечной почки,и приобретении супротивными побегами изогнутой формы.

6.4. Результаты интегральной интродукционной оценки древесных растений на отвалах

Во многих случаях окончательная оценка растений на разровненном терриконнике и отвале вскрыши не совпадают. Наиболее ярким примером является Betula pendula которая вполне перспективна на терриконнике и погибла через три года после посадки на отвале вскрыши. Хуже себя чувствуют на отвале вскрыши по сравнению С разровненным терриконником Crataegus sanguínea, Cotoneaster melanocarpus,Malus baccata. Гибель этих растений на отвале сопровождается отмрфанием побегов в летний период, повреждением листьев и преждевременным листопадом. Причина гибели - неустойчивость к сульфатному засолению. В свою очередь, Hippophae'rhanmoides имеет балл перспективности на отвале вскрыши выше, чем в условиях разровненного терриконника. Низкая солеустойчивость привела к гибели на отвале вифыши некоторых других растений: Crataegus macranthus, Amelanchier gpicata, CotoneaRter melanocarpus, Ribes nigrum, Populus Daisamit'era. Эти растения обладают высо-

ким показателем интродукции, поскольку они устойчивы к погодным условиям, а некоторые в первые годы после посадки цветут и плодоносят. Гибель растений происходит в летний период.

Согласно интегральной оценки в первую группу вполне перспективных растений входят два вида на разровненном терриконнике: Ribes aureum,Rosa beggerana И 4 вида на отвале вскрыши: Lonicera korolkowii, Rosa beggerana, R. fedtschenkoana. Эти растения безусловно устойчивы к погодным условия!.:, цветут и плодоносят, как правило, обладают способностью к вегетативному размножению. Все вполне перспективные растения на отвалах являются кустарникам, за исключением смородины золотистой - это растения из Казахстана и Средней Азии.

Во вторую группу перспективных видов на разровненном терри" коннике входят 14.видов (64 %): 8 кустарников и"6 деревьев; на отвале вскрыши в эту группу входят 6 видов (15 %) - все кустарники. У большинства растений не происходит полного вызревания

побегов и происходит обмерзание части прироста зимой. У Твта -rix ramosissima в местах природного произрастания, также кал и на отвалах, рост побегов продолжается до глубукой осени, а зи- ' мой эти побеги вымерзают. У Acer negundo они не вызревают в том случае, если в сентябре выпадает много осадков и начинается вторичный рост побегов. Все растения этой группы имеют среднюю и высокую побегообразовательнута способность и дают ежегодный прирост в высоту.

В группу менее перспективных видов на разровненном террикон-нике входят 3 вида (14 %), одно дерево и два кустарника; на отвале вскрыши - 5 видов (12 %) - одно дерево, три кустарника . и дерево, имеющее в условиях Центрального Казахстана кустарниковую форму. Как правило, эти растения либо не морозоустойчивы на отвалах, либо не приспособлены к условиям техногенного элювия. Они обладают средней побегообразовательной способностью и как правило, имеют не ежегодный прщюст в высоту.

В группу малоперспективных растений на разровненном терри-коннике входят 3 вида (14 %), на отвале вскрыли - 16 видов (39 %). Большинство растенгй этой группы обладают высокой устойчивостью на отвалах к погодным условиям, но не выносят неблагоприятных агрохимических свойств техногенного элювия. Как правило, они не сохраняют форму роста, не имеют ежегодного прироста в высоту, не цветут и не плодоносят. Среди них такие пш-рскораспространенные растения, как тополя белый и бальзамический; вяз мелколистный и клен ясенелистный на отвале вскрыши.

К группе неперспективных растений относятся 6 видов на отвале вскрыши (15 %).

Сюда входят растения не морозостойкие и не сохраняющие форму роста. За исключением Crataegus turkestanica все растения погибли через 2-4 года после посадки.

Абсолютно непригодных растений на отвале вскрыши - 2 вида: Cornus albus И Prinsepia sinensis. Растония ЕЦМерзаЮТ полностью или до корневой шейки, побеги возобновления слабые и в свою очередь полностью вымерзают.

.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Созданкэ крутых промышленных агломераций в Центральном Казахстана привело к значительному изменению растительного по-1фова и формированию антропогенной флоры. Наряду с сильно измененными степным, дуговым, галофпльннм йшроценотшамл широкое распространенна получил синантропнкй, насчитывающий 117 видов или 31,5 % от всего количества видов, произрастающих на территории Карагандинского промышленного района. Он характеризуется высоким динамизмом и пластичностью к конкретным условиям среды.

Появление субстратов, не имеющих аналогов среди интразональ-ных и зоналышх почв, привело к образованию техногенного флоро-ценотипа, характеризующегося -наличием ценозлементов практически всех флороденотипов. Его формирование происходит под влиянием всего комплекса окружающей растительности и включает занос сема-зачатков, их укоренение и селективный отбор наиболее приспособленных растений к новым условиям. Одновременное произрастание экологически несовместимых ВИДОВ (Hieracium ecliinoides. Artemisia saisganica, Petrosinonia sibirica, Lactuca tatarica - на отвале всзфыши) даат возможность эволюционного развития флороцоно-типа.в результате чего образуется иаразональное и параинтразональ-ное сообщество.

Урбанизация увеличивает количество экологических нитп - это приводит ic увеличению емкости антропогенных образований к возможности поселения адвентивных растений» С другой стороны, происходят процессы обеднения флоры за счет исчезновения стенотоп-1шх видов. В условиях субаридного резкоконтинентального климата эцезис эвритопных растений, которые как правило, являются мезо-мезоксерофитами, и элизия ксерофитов - стенобионтов, появление большого количества мезофитных рудерантов ведет к 'мезофитизации флоры. Эвритопность становится неотъемлемым признаком синантро-пизации.

Значительную роль в формировании растительности играют формы рельефа. На уровне мезорельефа это выражается в обилии видов на северных экспозициях. На уровне микрорельефа начинает вырисовываться направленность сингенеза в сторону образования лугово-рудерантных сообществ на суцраличоральной части отвала вскрыши и рудерально-галофитных сообществ на приподнятой части отвалов. Мозаичность зарастания отвалов определяют наименьшие формы рель-

еЗа - нанорельеф. В условиях нанорельефа процессы сингенеза растительности начинают сгоняться процессами эндозкогенеза. Ишщга-тсраг.ш эндоэяогеноза выступает солитеры, Еохруг которых образуется фитсгеннсе поле, заключающееся в создании новых мккроэколо-гпческих нш. Создавая искусственно форглы нанорельефа, мы в состояния индуцировать опдоэкогенетические процессы, которые в свою очередь ускоряют сингенетические сукцессии.

Разновозрастность и различный формы орографии позволяют проследить на отвалах начальные этапы сингенеза: пионерные рас-' тгтгелъпые группировки я группово-зарослсвые сообщества. Диффузных сообществ с характерным динамическим равновесном компонентов и саморегулированием на отвалах Карагандинского промышленного района не найдено.

Главным лимитирующим фактором создания искусственных травяных покрытий являются: недостаток влаги, неблагоприятный литоло-гический состав отвалов, бедность элементами минерального питания. Среди абиотических факторов наибольшее значение приобретают форглы нанорельефа; на втором месте - влажность техногенного элювия, которая имеет прямую саязь с орографией. Такт! образом, любой агроприем, направленный на сохранение или тарераспредоле-ш;е влаги в посевах, будет способствовать более быстрому росту и накоплению фитомассы посевов.

Полезное значение при формировании посевов приобретает сорная растительность. Эти растения обладают огромной энергией роста п образуют плотный травостой в год посева. Под покровом сорных трав сохранность всходов посеянных вядоз много выло, чем на от:срытых площадках.

Направленность сингенеза зависит от подготовки поверхности отвала для биологической рекультивации. Наличие даже небольшого слоя почвы создает более благоприятные условия для формирования рудерального степного сообщества, на участке без землевания сингенез направлен в сторону образования петрофитпого солончакового сообщества.

Техногенные элювии отвалов Карагандинского бассейна оценены как малопригодные дая сельскохозяйственных культур и древесных растений. В этих условиях подбор раетендй для озелеке-шя отвалов является интродукционной проблемой, потому что агрохимические и физические свойства субстратов, микроклимат, водный режим резко .отличаются от зональных. По результатам многолетних экспери-

ментов выявлены определенные закономерности роста древесных растений, которые заключаются в том, что в экстремальных уело-виях величина прироста побегов не характеризует состояние растений. Реальное увеличение высоты в этих условиях происходит не до размеров, присущих в природных местообитаниях, а до экологического максимума, определенного лимитирующим экологическим фактором (наличие воды, элементов минерального питания и т.д.). На уровне компенсаторных реакций растение может -адаптироваться в новых условиях, но для этого потребуется больше времени, чем в благоприятных условиях. Если растение не в состоянии адаптироваться в новых условиях, то формируется новый уровень. Количество уровней и их величина может быть установлена в самых широких пределах. Перспективность использования того или иного вида (или эко-типа) древесных растений в качестве фитомелиорантов' на отвалах определяется способностью реализовывать экологический максимум. Система агротехнических мероприятий может способствовать сокращению времени, необходимого для его достижения, а в некоторых случаях создавать условия для возникновения нового максимума.

В экстремальных условиях техногенных земель изменяется габитус растений. Было отмечено несколько характерных форм роста, распространенных как на отвалах, так и на нарушенных землях внутри города. Наиболее распространена кустарниковая форма роста у типичных деревьев в результате торможения главного апекса. Несколько реже встречается псевдокустарнчковая форма роста. Она появляется в результате регулярного отмирания годичных приростов до уровня снегового покрова. У многих растений распространена карликовость; некоторые растения на отвалах в 4-6 раз меньше, чем в условиях ботанического сада. Характерна восстанавливающаяся форма роста, которая проявляется у растений с длительным периодом адаптации в экстремальных условиях. У некоторых растений появляется сбежистость главного побега, заключающаяся в резком утолщении главного побега к комлю.

По наиболее важным показателям роста и развития (зимостойкость, побегообразовательная способность, способность размножения в культуре) растения на отвалах имеют худшие показатели, чем в контроле (ботанический сад). Из 51 испытанных в совместном опыте древесных пород совпадают оценки только у 15 % растений. Наиболее перспективными в условиях техногенных земель яв-

ляются растеши, црезде всего устойчивые ко вселу комплексу не-' благоприятных факторов среда и вдобавок, обладающие мощным развитием корневых систем как вширь (развитие горизонтальных боковых корней), так и вглубь (развитие главного и боковых корней).

Основные работы, опубликованные по теме диссертации I. Монографии

I. Куприянов А.Н. Биологическая рекультивация отвалов з субаридной зоне. Алма-Ата. Наука. 1989. НО с. П. Научные статьи

1. Куприянов А.Н. Создание травяного покрова на пылящих поверхностях вскрышных пород Карагандинского угольного бассейна// Роль растений в оздоровлении воздушного бассейна городов Казах- . стана. Алма-Ата. Наука. 1982. С. 61-72.

2. Куприянов А.Н., Ержанов Т.П. Естественная растительность отвалов вскрыши угольных разрезов. Рукопись. Дзп. Каз. НИИНТИ.

№ 644 от 8.10.1984. 16 с. Библ. указ. ВИНИТИ Депонированные научные работы. М. 1984. № 8 (154). С. 133-135.

3. Байтулин И.О., Куприянов А.Н. Зарастание отвалов вскрыши Карагандинского угольного бассейна и их фитомелиорация // Восстановление нарушенных промышленностью земель в Казахстане. Алма-Ата. Наука. 1984. С. 61-93.

4. Куприянов А.Н., Михайлов В.Г., болтиков A.A. Корневые системы древесных пород на мелиорированных солонцах // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 1984. й 8. С. 76-78.

5. Куприянов А.Н., Михайлов В.г., Привалихин П.Б. Фитоме-лиоративная оценка способов, химической мелиорации солонцов // , Вестник сельскохозяйственной науки. 1986. № I. С. 34-36.

6. Куприянов А.Н., Михайлов В.Г. Новые и редкие растения ранневесенней флоры Центрального Казахстана // Бот. материалы инст. бот. Вып. 15. Алма-Ата. 1987. С. II-13.

7. Куприянов А.Н. Формирование корневых систем растений

на отвалах вскрыши Карагандинского угольного бассейна // Проблемы экологической морфологии растений. Алма-Ата. Наука. 1988. С. 155-166.

8. Куприянов А.Н., Михайлов В.Г. Новые и редкие растения для Центрального Казажтана// Ботанический курнал. Т. 24. № 4. 1989. С. 545-547.

9. Куприянов А.Н. О новом виде рода Gypsophila (Caryophy-llaceae) из Центрального Казахстана. Ботанический журнал. Т.74.' № 12. 1989. С. 1785-1786.

10. Куприянов А.Н., Грудзинская Л.М. Использование ив при рекультивации нарушенных земель // Растения и промшленная среда. 1990. Вып. 13. Свердловск. С. 143-148.

Ш. Информационные материалы

1. Куприянов А.Н. Древесные растения для озеленения породных отвалов Карагандинского угольного бассейна // Зеленые насаждения в градостроительстве пустынной зоны Казахстана. Шевченко. 1979. С. 43-44.

2. Байтулин И.О., Ситникова A.C., Ку1фиянов А.Н. Рекомендации по фитомелиорации породных отвалов Карагандинского угольного бассейна. Караганда. 1981. С. 23.

3. Куприянов А.Н. Принцип подбора растений для фитомелиорации отвалов Карагандинского угольного бассейна // Теоретические основы интродукции растений. М. 1983. С. 275.

4. Куприянов А.Н., Забарный А.и. Растения для техногенных земель// Состояние и пути снижения уровня загрязнения окружающей среда. Караганда. 1985. С. 101.

5. Куприянов А.Н. Условия ускорения самозарастания отвалов в субаридной зоне // Проблемы рекультивации нарушенных земель. Свердловск. 1988. С. 41-42.

6. Куприянов А.Н. Интродукция древесных растений на отвалах угольной промышленности в субаридной зоне // Интродукция растений в аридную зону. Ашхабад. 1989. С. 96.

7. Грудзинская Л.М., Куприянов А.Н., Арсенов Г.П. Использование ив при биологической рекультивации. ЦНИЭИуголь. 1989.С.5.

8. Куприянов А.Н. Растения природной флоры для зеленого строительства в Карагандинском промышленном центре // Роль ботанических садов в охране и обогащении растительного мира. Киев. Т. 2. 1989. С. 56-57.

9. Куприянов А.Н., Михайлов В.Г. Интродукция древесных растений на отвалах Центрального Казахстана // Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития. Донецк. 1990. С. 85.

10.' Куприянов А.Н., Акулов A.A. Закономерности демутации растительности на отвалах в субаридной зоне // Растения и промышленная среда. Днепропетровск. 1990. С. 29.