Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка культур сосны обыкновенной на отвалах Егорьевского месторождения фосфоритов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка культур сосны обыкновенной на отвалах Егорьевского месторождения фосфоритов"

ггз о

/ 1 _ ( ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ /' [.'А? Г' ': ПО ВЫСШЕМУ- ОБРАЗОВАНИЮ ,

НОСКОВ'СКИЙ ГОСУДАРСТВЕННий УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

. На правах рукописи НОВОЖИЛОВА Елена Олеговна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ШЬТУР СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ НА ОТВАЛАХ ЕГОРЬЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ФОСФОРИТОВ

ОЗ.СО.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва- 1994

Работа выполнена в отделе экологии леса и охраны природы Всероссийского яа"чно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства

Научный руководитель - кандидат биологических наук, стерший

научный сотрудник Мартыюок A.A.

Официальные оппоненты - доктор биологических наук,

профессор Николаевский B.C.; кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Ыкаринов С.Л.

Ведущая организация - Центр научных исследований государственного использования земельных ресурсов, Сектор рекультивации земель

Защита состоитсп ............ I99'f г.

на заседании специализированного оовета,Д.053.31.05 при Мс.ковском государственном университете леса в i9. час.мин., аудитория 313.

Отзывы на автореферат в ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: I4I00I, Мытищи - I, Московской области, Московский государственный университет леса, Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Носково-кого университета леса.

Автореферат рвзослзн ".л;." февраля 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук, доцент ЕЛ'. Куликова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Разработка месторождений полезных ископа-еиих сопровождается образованием обширных техногенных пустошей с частично или полностью разрушенными природным;! сообществами. На конец 1991 г. в Россия общая площади таких территорий составила 1.1 или. га (Государственный доклад..,1992).

В ходе рекультивации естественные сообщества, существовавшие до разработок,заменяются агроценозами или монопородными лесными культурами. Древесные насаждения ьашшаят более 30$ рекультивируемых земель (моторина,1986).

При оценке лесных культур на отвалах применяется лесохоэпйст-вешшй подход, который на сегодняшний день на монет быть признан удовлетворительным по ряду причин. Во-первых, он подчинен хозяйственно-экономическим целя]-, которые час'го не совместимы с биологическими. Во-вторых, при таком подходе БГЦ, как правило, сводится к древостою, а все остальные компоненты сообщества в лучшем случае рассматривался как второстепенные. В-третьих, результаты оценки оказываются недостаточными для научного обоснования рекомендаций по совершенствованию традиционной технологии лвсной рекультивации.

Вместе с тем очевидно^ что на фоне ухудшения состояния окружающей среды роль лесных сообществ будет возрастать, поэтому в ходе рекультивации необходимо создавать экологически сбалансированные ландшафтные участки, близкие по уровни к зональным лесным сообществам. при этом комплексное изучение уже существующих регенер БГЦ (р-БГЦ) мояет рассматриваться как первый шаг в решении поставленной задачи.

Данная работа представляет собой опыт применения экологического подхода к оценке лесных культур на отвалах Егорьевского место-

рождения фосфоритов (ЕмФ).

Цель исследований заключалась в изучении особенностей восстановления лесных БГЦ на землях, нарушенных открытой добычей фосфатного сырья.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:■

1) оценка характеристик роста и продуктивности сосновых насаждений на техногенных субстратах; определение запасов и структуры надземной фитомассы древостоев разного возраста;

2) характеристика состояния техногень-.х субстр^.ов на разных зтапах развития лесных культур по данным агрохйничеких анализов: динамика ЫРК и гумусонакопленкя, формирование почвенного профиля; ( ■

3) выявление количественного и качественного состава почзен- • ных микроорганизмов, установление, микробиологической активности субстратов разного возраста;

I

4) изучение характера, сксрости и направления формирования тр Еянисто-кустарникового покрова и установление степени реализации потенциала видового многообразия зонального уровня в условиях р-БГЦ.

- Научная новизна работы состоит в использовании нногокомпонент ного экологического подхода при оценке состояния лесных культур на рекультивируемых землях. Впервые для территорий, нарушенных открытой добычей фосфатного сырья, исследованы тенденции развития техно генных субстратов, изучены состояние и динамика почвенной цикроби-оты, выявлены закономерности и особенности развития травянисто-кус тарникового покроьа. Проведенные исследования позволили выявить ст пень отличия искусственных сообществ на каждом этвпе развития от в тественных зональных ценозов.

Практическая значимость Результаты исследований могут служит

основой для совершенствования технологии лесной рекультивации, направленной на повышение экологической .цеш сти ландшафтных участков.

Апробация Основные результаты исследований доложены на Ыен-дународной конференции молодых ученых'"Проблемы лесной биогеоцено-логии и методологические основы их решения" (Йошкар-Ола, 1992) и па научной конференции Московской сельскохозяйственной академии иы. К.А.Тимирязева (Москва,1992).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 3 работы.

Структура диссертации отвечает целям и задачам исследования. 1'абота оыцим объемом 232 страницы включает 156 страниц основного текста, содержит 36 таблиц и 20 рисунков; состоит из введения, семи глав и выводов. В состав работы входят три прилонения. Библиография представлена 388 источниками, из которых 50 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается целесообразность применения экологического подхода при оценке лесных культур на рекультивируемых землях.

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Аналитический обзор литературы состоит из трех разделов, в которих последовательно излагается эволюция взглядов на цели и задачи практики восстановления нарушенных земель. В первом разделе )свецены общие подходы и принципы рекультивации, дается краткий ¡равнительный анализ отечественного и зарубежного опыта.

. Второй раздел затрагивает круг вопросов, касающихся паучьих )сиов рекультивации. Здесь нашли отражение главные этапы в развитии ¡наний о восстановлении земель: от первых описаний локального опы-:ь по выявлению древесных пород, подходящих для облесения карьеров

(Миронов, 1964; Зайцев, 1967) и попыток классифицировать техногенные грунты по стопгчи их биологической пригодности (Горбунов и др., 1974) до проведения сопряженных (Етеревская, 1989) и интегральных (Чайка,1988) исследований, в которых р-БГЦ изучается на осиово системных принципов. Охарактеризованы главные направления в изучении техногенных ландшафтов (ТЛ): пегрогенное, геоморфологическое, геоботаническое и ландшафтное, оформившиеся в качало 70-х годов (Федотов,1978). Оценивается вклад каждого направления в создание теоретических основ рекультивации и в форм рованле : ологичсского подхода к восстановлению земель.

В третьей разделе раскрывается сущность экологического подхода, прикладным ядрои которого является поиск равновесия между требованиями ускоренного воссяановленкя нарушенных земель и естествен1-нши регеперациокнкии процессами.

Краткий обзор работ, касающихся изучения рекультивации на ЕМФ, помещен в третьей главе.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Методика исследований строилась с учетоы рекомендаций Н.Б.Ды-лиса (Программа и методика..,1974) для изучения нормальных БГЦ, о *акне В.И.Федотова (1978) и авторского коллектива сборника "Техно-геннче экосистсии: организация и функционирование" (1985) длл изучения р-ЬГЦ. Сшивным ы£юдическ;ш приемом при изучении р-БГЦ является их сравнение с ненарушенными зональными соооществаин устойчивой стадии сукцессионной серии, принимаеиьши за контроль (1айка, 1988).

Полевые и лабораторные {аботы выполнены в 1990-1993 гг. Объектов исследований являлись рекультивируемые земли ЕМФ (Воскресенский р-н Московской ибл.). Постоянные пробные площади (пр.пл.; закладывались на техногенных субстратах г лесных культурах разного ьозрас-

та. Учитывались основные периоды развития древостоя и наличие участков равного срока создания насаждений при этом средний интервал возрастных ступеней составил 4 года. Конроль (эталон) выбирался в зональных орографических и почвенно-шишатических условиях на расстоянии 0.5-5.0 хы от блока рекультивируемых участков в сосняках разнотравных.

Таксационные измерения в насаждениях выполнялись согласно рекомендациям А.П.Днучина (1977). Для изучения хода роста деревьев по высоте на пр.пл. рубилось по 5 средних деревьев с последующим определением прироста по мут^кам. Запас стволовой древесины исчислялся по данный сплошного перечета деревьев на пробной площади. Запасы надземной фитомассы определяли для так називаеиых"перелои-ных" возрастов развития древостоя (4-8-18-30 лет) по 5 модельным деревьям.

Для морфологической характеристики техногенных субстратов и изучения формирования почзенного-профиля на всех пр.пл. заложены и описаны почвенные разрезы (Приложение I). Выполнялось определение иехпнического состава (по Качинскоыу) и pli водной и солевой . вытяжки (потенциоаетрлчески). Изучение динамики РК и гумусона-коплекия'в зависимости от возраста ЛК проводилось по данным химического анализа дыеиашшх образцов почвогруптов (в слоях: 0-2, 2-Ï5, 15-40, 40-60, 80-120 сы и в слое 0-10 см на содержание основных элементов минерального питания и гумуса соответственно). Содержание гумуса определяли по Тюрину, содержание подвижных форм Фосфора и калия - в вытяаках на плазменно-змиссионном спектрг ото; атре IKAP-500, аммиачный и нитратный азот - на ChemispeK J-200, общий азот - хемилюменесцентным методом. Для подвианых форм азота, как предположительк з лимитирующего фактора, дополнительно изучалась сезонная динамика. Для анализа физических и агрохимических

свойств техногенных субстратов использовались данные ГИЗР (Акопов,1987).

Микробиологические исследования проводились в свежих образцах почвы по методике, принятой Отделом почвенных микроорганизмов Института микробиологии УАН. Исследования выполнялись в сезонной последовательности: начало мая - середина июля - коноц сентября. Все данные, приведенные в гл.6, исчислялись как средние значения для трех сезонных проб. Смешанные образцы грунта отбирались на глубину 0-15 см.

Количественный и качественный состав почвенных микроорганизмов определяли путем посева почвенной суспензии на твердые питательные среды: 4 среди (^!ПА, КАА, ЫПА+СА, СЛ), повтсрнссть посева на каждое разведение трехкратная.

Идентификацию микроорганизмов проводили по определителям, лр1 н."":Ь!м в современной микробиологии (Литвинов,196?; Кириленко,1977; Краткий определитель бактерий,1980; Определитель актиноыицетов, 1983).

Целлвлогоразрушаюцую .активность микроорганизмов определяли аппликационным методом (Теппер и др.,1987) в модификации кафедры микробиологии ТСХА.

Геоботанические исследования для травянисто-кустарниковой растительности проводили по общепринятой методике (Алехин,1938). Идентификация растений выполнена по Определителю растений Московской области (196С). При сборе и первичной обработке материала использовались статистические методы, общепринятые в геоботанике (Браун,1957; Грьйг-СыитДЭб?; Василевич,1969). Окончательная обработка данных произведена на ЭВМ.

Динамика Формировании травякисто-куеташшового покрова и интегральное оиизыше растительности даны по индивидуальной кетоди-

ь

не, разработанной с учетом выделения экологических групп (Работ-нов,1964) и адаптационных стратегий ((¡Нте ,1979). Продуктивность жравянистых ассоциаций устанавливалась по запасал фитомассы, наросшей к середине июля, путец однократного укоса (за два вегетационных сезона). Связь между урожаем трав и степенью реализации потенциала видового многообразия зонального уровня устанавливали на основании "горбатых моделей" Грайма (1979).

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ 1

Глава содержит краткую характеристику природных условий района исследований: геологическое строение, рельеф, климат, грунтовые воды, почвы, растительность. В разделе, поозяценион описанию объекта исследований, характеризуются условия, формирующиеся на отвалах после проведения технического этапа рекультивации. Существенной трансформации подьергаются рельеф и гидрологический режим, полностью разрушайся почва и растительность. Искусственные биогеоценозы начинают свое развитие (сингенез) в условиях, существенно отличающихся от тех, которые существуют в ненарушенных ландиаф-гох.

ГЛАВА Ч. ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ НА ОТВАЛАХ ЕЫФ

При лесовосстановлении на отвалах ШФ создают чистые культуры из сосны обыкновенной (Рши» ). Использование других хвойных пород не принесло положительных результатов. ,

Сосна, являясь видом относительно нетребовательным и плаотич-шм, хорошо приспосабливается к существованию на нетоксичных тех-ююнных субстратах ЕмФ. Лесные культуры на рекультивируемых эеи-[ях как в многолетних показателях роста, так и в годичной динамике [в уступают культурам аналогичного возраста на ненарушенных зем-:ях. Состояние древостоев характеризуется как вполне удовлетвори-

Таблица I

¿аксацяокные показателя лесных культур на техногенных субстратах ЕМФ и на ненарушенных землях

(низшая строка для каждого возраста)

возраст! Схема -Хл, 1 посадки дет !

4

5

3 8

10 10

12

13

14

15

18 18

24

25

¿0 30

2 х 1.1

2 Г 0.5

2 х 1.1

2 х 0.7

2 х 1Л

2 х 0.6

2 х 1.1

2 х 1Л 2 х 0.6

2 х 1.0

2 х 0.6

1.5 х I 1x1

1 Начальн.1 I гусюхаЛ I тыс.шт./!

I га I

4.5 10.0

Густота 1 в «оиекг!

учета,1 тыс.от. (

Сохранность, 2

Средние ТГ^Г

4.5 7.1

4.5 • 8.33

4.5

4.5 8.33

5.0 Б.ЗЗ

7.5 10.0

4.365 8.400

4.250 6.0

4.100 6.0

4.050 5.950

3.220 5.100

3.520 4.600

5.110 3.140

6.080 2.698

97

84

94 84

91 71

90

71»

60

70** 55

68

61

1.0 1.1

2.0 1.9

3.4 4.0

5.0 6.8

6.2

6.5

9.6 8.0

10.7 10.*

11.9 12.5

I Сумма ! Запас ! Бонн-

_I плоцадей ! стволовой! тет

Д,си 1 сечения, 1 древесины! | ы2/га | и3/га |

3.5*

4.2* 4.6*

4.0

4.7

4.8 5.8

5.6

7.4

8.0 9.0

9.5 10.3

10.5 II.8

6.32

и.з

7.83 15.6

8.64 21.9

Ь.З

29.4

3.13 25.66

49.58

29.5

3 5

10

14

15 28

24 62

29 75

101 117

182 151

244 192

1-11 I

птгамнияний! * - диаыатр у корневой шейки;

:ельное. Рост и развитие находятся в пределах нормы (табл.1).

Сеянцы сосны, перенесенные из благоприятных условий питомни-га на техногенные субстраты ЕЫФ, в первые годы пержившот "стресо ¡дотации". В этот период ежегодный прирост в высоту составляет )сего 10-12 с#,после четырех лет существования Ж - 25-30 см. Резкое увеличение прироста для культур сосны на ЕЫФ наступает на 6-9 ^од после закладки и. превышает 50 см. В культурах 12-14 лет прирост составляет 56-70 см и весь последующий период держится на этом шсокои уровне, когда колебания обуславливаются лишь погодными ус-ювиями года.

Иной характер круговорота азота в техногенных субстратах ЕМФ ю сравнению с зональными ненарушенными .сообщс твами монет вызвать з зимне-весенний период симптомы дефицита азота, проявляющиеся у шсаядений. в виде пожелтения хвои, что однако не сопровождается сколько-нибудь заметными отклонениями в росте и развитии. Анализы показывают меньшее содериание.хлорофиллов - на 19-47$ - в хвое деревьев кз р-ЕГЦ в сравнении с хвоей деревьев того зге возраста/из ненарушенных сообществ.

Резкое увеличение фигомассы стволовой древесины, как в абсолютном, так и в относительном выражении, наблюдается в период 8-18 н 18-30 лет. Своевременно проведенные рубки ухода способствуют быстрому увеличению биомассы стволов, что преаде всего связано с улучшением усливиЬ питания для оставшейся части древостоя. В изменении удельной массы ветвей, как и массы сухих сучьез, четко прослеживается возрастная зависимость; относительная масса ветвей уменьшается по мере очищения стволов. К 30-летнему возрасту насаждений, когда кроны деревьев в основном сформированы, на долю ветвей приходится всего 11.7$ надземной фитомассы. С увеличением возраста р< 1ко возрастает доля неохвоетшх ветвей от общей их массы: от 15 до 70/», и стиль де резко уменьшается относительная доля пп-

П

бегов текущего года: от 8.2 до 0.6% от всей биомассы древостоя. Масса хвои варьир^т в широких пределах в зависимости от воэрасга насаждения. Доля хвои достигает своего пика в 8-10-летних насаждениях - 30-40J6 и понижается до 7% в древостоях 30-летнего возраста.

ГЛАВА 5. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ СУБСТРАТОВ ПОД ЛЕСНЫМИ КУЛЬТУРАМИ

Техногенные субстраты ЕМФ по степени пригодноми для биологической рекультивации отнесены к III категории - грунтов малоприго? ных по своим физическим свойствам. Они на 32 и боле, процентов сос тоят из кварцевых и слюдпетых песков и по сравнения с' зональными почвами обладают более легким механический составом и утрачивают естественное плодородии. Используются в основном под лесовооога-новление.

Запасы подвижных форм фосфора и калия в техногенных субсгра-тал ЕМФ значительны и нередко превосходят содержание этих элементов в зональных почвах (табл.£). Фосфором и калием растительность регенерационных сообществ оказывается обеспеченной как в текущих потребностях, так и в перспективе. Азот, по-видимому, не является постоянно действующим лимитирующим фактором для насаждений, хотя в отдельные периоды сосна может проявлять симптомы дефицита азота, Доступного азота в техногенных оубстратах ЕМФ в большинстве случаев достаточно д"я нормального развития существующей биоты. Однако цикл азота в искусственных экосистемах принципиально отличается от цикла азота в зональных сообществах.

Процессы минерализации в техногенных экосистемах преооладают над процессами гумифмкьции. Образоьание гумуса происходит медленно, и егэ запасы в субстратах под 50-летними культурами составляют десятое доли процента (рис.1). На воссганоклзние запасов гумуса до апнальншг уровня потребуется не одна сотни лет.

Таблица 2

Содержание подвихчых форм фосфора, калия и азота в техногенных субстратах ЕМФ под лесными культурами разного возраста (слой 0-20 см)

Элемент, ! Кснт-1 Возраст лесных вудмур, лет аг/ЮОг ! роль 1_

почвы ! 1 1 и ! 4 ! 1 8 1 ю | 12 | I » 1 18 I ! !

-и2°5 9.3- 34.6- 28.9- 19.0- 19.7- 17.6- 13.7- 16.9- 28.5- 22.1-.

14.7 51.8 70.9 29.8 36.7 24.2 18.7 25.5 37.5 36.5

К,0 10.7- 34.5- 32.7- 33.6- • 16.7- 16.0- . 23.3- 17.2- 43.7- 23.5-

14.5 48.9 72.7 73.0 20.9 32.6 30.9 25.0 80.3 38.9

3.1- 0.9 1.4- 2.7- 1.9- 2.5- 3.0- 2.0- 1.8- 2.5-

+ 3.4 1.7 3.1 4.6 4'. 7 4.4 4.6 5.0 6.2

Запасы до-стуиього азита, кг/ га 89.5 25.2 43.4 58.8 81.2 84.0 81.2 67.2 42.0 75.6

Рис.1 Скорость накопления гумуса в техногенных субстратах ЕМФ; процесс образовании гумуса носит линейный характер и описывается уравнением:

У » 1.Н 4.6Х

Почвообразование на техногенных субстратах ЕЫФ идет со средней скоростью 0.1-0.15 мм/год. Интенсивными П0ЧЕ00бра£ вательныци процессами под ЗО-летнит культурами охвачен слой 0-5 см. Здесь уже сформировались почвенные горизонты Ао - мощностью до 3 си и А2 - мощностью до 5 см. Развитие техногенных субстратов идет по зональному типу. Со временем в искусственных экосистемах долины сформироваться дерново-подзолистые почвы, вместе с тем они, по-видимому, никогда не смогут стать полными аналогами зональных почвенных оистен.

ГЛАВА 6. ПОЧВЕННАЯ МИКРОФЛОРА ТЕХНОГЕННЫХ СУБСТРАТОВ ЕМФ

Позленные микроорганизмы быстро и чутко реагируют на незначительные изменении экологических условий в техногенных ландшафтах, что ясно видно из динамики их численности и соотношения основных фиэиологичеоких групп (рис.2). Эта особенность микробного населен! позволяет использовать его в качестве индикатора некоторых почвообразовательных и флористических процессов при ранней их диагностике.

В техногенных субстратах ЕМФ быстрому ра^иыю микрофлоры бл

и

Ш-uecno». «актерии В- актиномицеты 0-бациллы

КО 4 8 Ю 14 14 16 г4 эо лет

. Рис.2 Диаграмма соотношений и динамика основных физиологических групп почвенных микроорганизмов

гопринтствуюг рыхлое сложение отвалов и рН близкан к нейтральной. Напротив, сдерживающими ^акторами могут выступать дефицит влаги и невысокое потенциальное плодох одие насыпи.ос грунтов.

Биогенность техногенных субстратов никогда не равна нули, хотя в грунтах свежей отсыпки она составляет около 10$ от контроля. Микрофлора быстрее других компонентов сообщества проходит неконкурентный пик своего развитии и вступает в период стабилизации чис-' ленности и состава - для KMC после 8-ми лет существования р-БГЦ. После Ю-летнего возриста ЛК уровень микроорганизмов в техногенных субстратах ЕМФ всегда оказывается низке зонального. В 30-летних культурах он немногим превышает 50$ от контроля по основным физиологическим группам. По-видимому, в техногенных субстратах всегда имеется больший или меньший запас микроорганизмов, не обеспеченных питательным всаестЕом. Лиэхому преледуюлшй за ростом олад численности iiD«no в какой-то мере рассматривать не как ухудшение экологических условий, a ju-uib как приспособление численности к нблич*-ным ресурсах: экотспа.

Преобладание нитрификаторов над аммонификаторами указывает на интенсивность протекания мобилизационных процессов в техногенных субстратах всех возрастов. Быстрое разложение поступающей органики - общее свойство молодых почв. Резкое преобладание процессов минерализации над процессами гумусообразования указывает на то, что искусственные экосистемы на отвалах ЕНФ на изученной воэ-раотноы отрезке работают только на обеспечение текущих потребностей и не создают резерва.

. Актиномнцети достигают высокого уровня численности между 4 и 8 годами существования ЛК. В летний период минимального увлажнения актиномицеты испытывают наименьшую депрессию по сравнению с другими группами микроорганизмов. Относительная доля; актнномице-тов в техногенных субстратах выше, чем в зональных почвах. Это объясняется сокращением доли неспороносных бактерий (дефицит влаги), и особенно бацилл (мелкопрофильноси; техногенных субстратов).

Относительная доля неспороносиых бактерий никогда не опускается- ниже 50/6, что ыргет рассматриваться как еще одно доказательство в -пользу зонального типа почвообразовательного процесса. По-деделенность бацилл в большинстве проб техногенных субстратов свидетельствует о неблагоприятных условиях для 'развития этой группы ■ микроорганизмов. Преимущественное развитие получают неспороносные бактерии - главным образом из рода РаеисЬтоп&з,- характеризующиеся более высокими темпами размножения.

ЫиколитическиЙ состав достаточно беден как в техногенных субстратах, так и в ненарушенных почвах. Обнаруженные микроскопические грибы/в основном относятся к родам Р1пт1\\ит и ГПисог . В почвогруь: ах встречаются грибы из рода А\1егпагга с темноокра-шенныи мицелием. Большее количество микроскопических грибов отмечается в суботратах под сомкнувшимися культурами, где выше увлаж-

ценно. Этот факт вполне согласуется с биологией данной группы.' Развита эктотрофнап ыийориаа (род Boletus ), что отражает один из механизмов обеспечения хвойных пород элементами минерального питания.

Целлюлозоразрушаящая активность почвенной микробиоты показала определенную зависимость от уровня фптомассы, в частности, - фито-массы траз. Интенсивность разложения клетчатки быстро возрастает до 12-летнего возраста ЛК, когда урожай трав такие достигает сво-ого пика. В дальнейшем показатель целлюлозоразрушаюш.зй активности несколько снижается по сравнению с контрольный значением.

ГЛАВА 7. СОСТОЯНИЕ И ДИНАМИКА ТРАВЯНИСТОГО РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА

Травянистая растительность засоляет техногенные ландшафты ЕМФ зелед за разравниванием участков. Поступление диаспор идет с сопредельных ненарушенных территорий, и растительный покров формируется m счет представителей местной флоры. В своем развитии он проходит зяд последовательных этапов: пионерные группировки - группово-за-зослевое сообщество - диффузное сообщество.

Количественна«) показатели состояния травянисто-кустарникового' мстительного покроаа на рекультквируеиах землях ЕЫФ дахе в самый ¡лагоприятный для растительности период - сообщества трав 10-14-;етних ЛК - оказывается в абсолютном выражении гораздо ниже соот-етствующих значений контроля. Так, число видов, максимальное в 14-етних сообществах - 6.8 - в 2.3 раза меньше контрольного показате-я - j.5.7, а общее проективное покрытие (СШ1), максимальное в сооб-сствах 12-летнах ЛК, - 34.2,. - ниже в 2.5 раза контрольной гифры -6.7JJ (табл.3). резкое снижение показателя С1Ш до 5.1-5.2?ь в куль-урах 24-ЗО-лстнсго ьозраста свидетельствует о развитии на данном тапе сосняков мертвопокровного типа.

Б роли внешних притеснителей, тормозшдих на пвргом этапа раз-

. Таблица 3

Кол,, .ественнке показатели состоянии травянистого покрова на ро-культивируешх землях £11«

Возраст ЛК, лет 1 Число видов ! шт. 1 Число особей, 1 шт. ! ' ОПП 1

Контроль 15.7 + 0.4 88.4 ±2.5 86.7 + 2.3

0 0 0 0

4 3.2 + 0.2 59.2 + 1.6 7.9 + 0.7

8 З.б + 0.2 63.0 + 2.1 8.8 + 0.3

10 4.9 + 0.3 85.0 + 3.2 28.3 + 0.9

12 6.1 + 0.4 88.5 + 2.9 34.2 + 0.5

14 .6.8 + 0.5' 71.6 + 4.9 29.4 + 1.2

. 13 6.6 + 0.3 - 71.? + 3.2 22.8 + 0.6

24 4.1 + 0.7 35.0 ¿1.8 .5.2 + 0.3

30 4.1+0.8 35.0 + 1.3 5.1 + 0.6

витг.е травянистой ¡растительности, выступают дефицит влаги в со-

четании с повышенной инсоляцией, невысокая трофность субстратов и их значительная лодвикность. при смыкании древесного полога сдерживающими факторам»! для развития светолюбивых трав в густых насаждениях может быть недостаток света. Травянистый растительный покров развит хорошо там, где на глубине 40-50 см встречают-ей водоупорные прослойки. При этом показатель 0П11 достигает 50-71 Разница во флористическом строении сообществ трал техногенных н контрольных участков значительна. Если для контроля характерными являются разнотравные сообщества с высокими показателями .обилия видов и ОПП, то в травянистых сообществах техногенных лан, шафтов наблюдается смещение в сторону малоценных видов со вторич ной адаптационной стратегией, производной от стресс-толерантной и рудеральной. Эти виды не играют сколько-нибудь заметной роли в сообществах ненарушенных местообитаний. Около двух десятков видов, которые в числе других придают зональным соснякам облик раз нотравных, в техногенных сообществах никогда не встречается. Мне гие виды местной флоры своим появлением в искусственных ценозах 18

бяэаны лишь ряду случайных факторов. Пребывание этих видов в сообществе бывает недолгим, а их выпадение - явление вполне обычное ля р-БГЦ.

Видовое многообразие эональною уровня в техногенных сообшсст-ах всех возрастов остается нереализованным (рис.3). Наблюдающее« и упрощение р-БГЦ нагляднее ъсего проявляется в строении травп» истого растительного покрова.

2. 35

30

5 го

(5

к

с&Р

4

\.

200

урогаП траз на корню + ветошь (г) 2гоо

Рис.3 Взаимоотиоиения между фзтонассий и обилием видов в травянистых сообществах коренных и техногенных участков

На долю травянистой растительности в общей фитонассе искус-гвеннмх сообществ приходится в среднем менее 1%. На стадии мер?-опокровных сосняков эта цифра еще на порядок ниже. Травы и кус-арншеи нз играют практически никакой роли в общем круговороте зществ в сообществе.

Спектр условий обитания в техногенных ландшафтах оказывается эраздо уже, чем в естественных лесных сообществах, а виды, сла-иоцие искусственный ценоз, обладают близкими экологическими амп-1тудами. Следствием этого является экологическая монотонность -БГЦ при низком видовом многообразии.

о

ВЫВОДЫ :

I. После технического этапа рекультивации на отвалах Егорьевского месторождения фосфоритов формируются условия, удовлетворительные для создания культур сосны обыкновенной. Техногенные суб-отраты содержат в корнеобитазном слое достаточные количества подвижных форм основных элементов минерального питания: фосфора 1520, калин - 16-24, азота - 0.9 иг/ЮОг почвы. Неблагоприятные участки (депрессия рельефа, локальная токсичность субстратов) составляют 6% территории, подлежащей лесовосстановлению.

. 2. Культуры сосны на отвала по показателям роста и продуктивности не уступа«»' искусственным насаждениям на ненарушенных зек лях. Производительность культур выражается 1-11 классами бонитета. Оки имеют в 30 лет высокие запас и надземную флтомассу - 244 м^/га и 1628 ц/га соответственно. Для хода роста культур характерно снижение прироста по высоте в первые 4-5 лет, что связано с возникновением "стресса адаптации!1 и недостаточным развитием шшоризы.

3. В сезонной динамике на значительных площадях насаждений всех возрастов отмечается зимне-весеннее пожелтение хвои со сниг-аением содержания хлорофиллов до 47$ в молодых посадках 4-8-лст-него возраста и на 19$ - в 30-летних культурах. При повышении почвенной температуры и активизации деятельности микроорганизмов неблагоприятные симптомы исчезают.

4. Почвенные условия развития культур по годам неодинаковы. Первоначально - это техногенные субстраты, лишенные почвенных горизонтов, очень легкого механического состава, с полным отсутствием гумуса и азота. В дальнейшем с развитием биоты формируютоя поч-вогрунты, имеющие под 30-летншш культурами почвенные горизонты Ао - мощностью 3 см и А| - мощностью 5 см с содержанием гумуса

0.2%, Почвогрунты существенно отличаются от зональных почв более легкий механический составом, укороченным почвенным профилем, в 10-15 раз меньшим содержанием гумуса, иными закономерностями сезонной динамики доступных форм азота, но могут служить их прототипом.

5. Никробиологические исследования техногенных грунтов показали их значительную биогенность. В субстратах свежей отсыпки численность микроорганизмов составляет около 10/5 от зонального уровня. Соотношение основных физиологических групп близко к ненарушенным почвам, что говорит в пользу зонального типа г.счвэобраЕова-тельного процесса. Более гысокая активность нигрифшсаторов указывает на интенсивность мобилизационных процессов, свидетельствующих о том, что молодые техногенные экосистемы работают на обеспечение текущих потребностей и не создают резерва. В целом активность почвенной ыикробиоты на зтапе стабилизации составляет 50$ от уровня естественных ценозов.

6. Изучение состояния и динамики травянисто-кустарникового покрова в культурах сосны показало существенное обеднение флористи- • ческого состава формирующихся ценозов. В начальный период - до 10 лет - резко возрастает доля малоценных видов, играющих в коренных фихоценозах незначительную роль (полыни, мелколепестники, щавели, однолетние злаки). Наиболее благоприятный период в развитии травянистого покрова длится с 10 до 14 лет, когда в сообществе одновременно присутствуют писнерные виды, представители луговых группировок (донники, клеверы, луговые злаки) и типичны^ се.-ьванты (ортилия, грушанка, смолевка, земляника). ОПП - 34%. Пионерные и светолюбивые виды покидают сомкнувшиеся насаждения , и с 20-летнего возраста сосняки развиваются по типу чертвопокровкьх (0ПП-."%), встречающиеся травы относятся к типичным сельвантем.

,7. Соснь обыкновенная в центре своего ареала, благодаря высокой экологической пластичности, формирует насаждения хорошего состояния даже на малоплодородных нетоксичных техногенных субстратах. Основные компоненты регенерационных БГЦ функционируют удовлетворительно, развитие сообществ подчинено общим закономерностям сингенеза.

8. Проводимая в настоящее время лесная рекультивация путем создания культур сосны на отвалах ЕЫФ позволяет вернуть техногенны пуотоши в состав лесного фонда, закрепить грунты к предотвратить развитие эрозионных процессов, сягчить последствия катастрофического разрушения коренных лесов. Вместе с тем, для обеспечения устойчивого развития искусственных сообществ целесообразно использовать специальные приемы, направленные на улучшение свойств тех-' ногешшх суостратов и повышение флористического'многообразия ценозов (формирование почвенного профиля, микробная инокуляция, применение минеральных удобрений, расширение ассортимента древесно-кус-тарниковых пород, подсев многолетних трав).

Список работ, опубликованных по тепе диссертации:--

1. Флористические показатели, как характеристика степени зрелости фит ос о обще с тв те.сногешшх ландшафтов//Проблеми лесной биогеоце-нологии и методологические основы их. решения. Тез.докл. Нсвду-нар.конф. молодых ученых 21-24 мая 1992г.-йоинар-Ола,1992.-с.I]

2. Динамика травянистого покрова в культурах сосны обыкновенной, создаваемых при рекультивации земель на Егорьевском месторождении фосфоритов //Экология леса и охрана природы. - ц.:ВНИШШ 1993.- ,83-99.

3. Экологический подход к рекультивации земель // Лесохозяйствен-ная информация. -1993. - - с. 15-20 (в соавторстве).