Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ДИНАМИКИ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ПОЛИГОНАХ ПРИ ДОБЫЧЕ РОССЫПНОГО ЗОЛОТА

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ДИНАМИКИ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ПОЛИГОНАХ ПРИ ДОБЫЧЕ РОССЫПНОГО ЗОЛОТА"



На правах рукописи

ФИЛИМОНОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ДИНАМИКИ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ПОЛИГОНАХ ПРИ ДОБЫЧЕ РОССЫПНОГО ЗОЛОТА

03.00.16 - экология, 03.00.05-ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург - 2005

Работа выполнена в Уральском государственном университете им. А. М. Горького

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

старший научный сотрудник ЧИБРИК ТАМАРА СЕМЕНОВНА

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

ТАРШИС ГАЛИНА ИЛЬИНИЧНА

доктор биологических наук, профессор БЕЗЕЛЬ ВИКТОР СЕРГЕЕВИЧ

Ведущая организация: Уральский государственный лесотехнический

университет

Защита диссертации состоится 2005 года

УГОО '

вуО часов на заседании Диссертационного совета Д 004.005.01 при

Институте; экологии растений и животных Уральского отделения РАН

по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии

растений и животных УрО РАН

Автореферат разослан «¿ЯЗ » HCSt.

2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

І

і}'

доктор биологических наук /j': f ■ Нифонтова М, Г.

HU'?.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Урал является пионером развития в России золото-плат и ново й промышленности, В Свердловской области разрабатывается более 80 золотоносных и 10 платиновых россыпей (Госдоклад, 1996). Золотые россыпи располагаются, в основном, но рекам на восточном склоне Урала. Технология разработки россыпей с применением драг и гидромониторов предполагает отведение значительных территорий под дражные гидравлические полигоны (осад ко накопители). При разработке вскрышных пород и при их перемещении растительный покров уничтожается полностью, его восстановление начинается с нулевого старт-момента. Несмотря на то, что изучению сингенетических сукцессий на нарушенных промышленностью землях посвящено много научно-исследовательских работ, для Уральского региона проблема формирования флоры и растительности на нарушенных золотодобыче!! землях мало изучена н остается актуальной. Большое значение приобретает изучение формирующихся фитоиеноюв с точки зрения их организации, структуры и рационального использования в интересах здоровья человека и его хозяйственной деятельности.

Цель || задачи исследования. Основная цель исследования — изучение закономерностей формирования флоры и растительности в процессе естественного самозарастания на полигонах золотодобычи и разработка методов биологической рекультивации влажных гидроотвалов.

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить особенности формирования флоры гидроотвалов в процессе самозарастания.

2. Выявить основные закономерности восстановительных сукцессий на гидравлических полигонах.

3. Сравнить особенности сукцессий на рекультивированных и нере-культивированных участках гидроотвала.

4. Дать характеристику vi оценку состояния культурфитоценозов многолетних трав, используемых в целях биологической рекультивации.

Hayчнам новизна. Впервые проведено многолетнее исследование формирования флоры и растительности на глинистых гидравлических полигонах при разработке золотой россыпи, расположенной на Среднем Урале. Изучены процессы естественного зарастания участков гидроотвала без нанесения и с нанесением слоя торфа. Построены хроноклины постоянства и доминирования видов растительных сообществ формирующихся ф что ценозов. Изучены структура н темпы формирования ценонопуляций

ЦП Б МСХА фонд navvnort литературы

к и лов многолетних трав, рекомендуемых для биологической рекультивации нарушенных земель.

Теоретическая шачимоегк работы. Работа выполнялась как раздел комплексных исследований ко темам: «Разработка способов биологической рекультивации на нарушенных промышленностью землях»; «Исследование состава, структуры и биоразнообразия фитоиенозон техногенных ландшафтов (на примере Урала)» Проблемной лаборатории антропогенной динамики экосистем и биологической рекультивации при кафедре экологии УрГУ п рамках программы НИР лаборатории, а также в рамках программы РФФИ «Урал» грант Ха 01-04-96426, грант Кг 04-04-96136.

Практическая значимость работы.

Показана возможность рекультипацни глинистых гидроотвалов без нанесения плодородного грунта (торфа), что значительно удешевит затраты на ее проведение. Дана оценка экспериментального опыта посева многолетних трав как одного 1га методов биологической рекультивации сред-неглин истых и тяжелосуглинист ых субстратов.

Собранный гербарий используется в учебной и научной работе кафедры экологии Уральского госушшерситета.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Зарастание глинистых гидравлических полигонов идет но лесному типу, продолжительность стадий сукнессий зависит от экологических условий местообитания.

■2. При нанесении торфа на глинистый субстрат процесс самозарастания задерживается на стадии простой и сложной группировки (на 3—5 лет), формируются фитоценозы малоценные в хозяйственном отношении.

3. Посев многолетних трав ускоряет формирование травянистых фи-тоценозов, изменяет их структурно-динамическую организацию, но замедляет лесное возобновление.

Л проба кии. Основные положения диссертационной работы были представлены на международном совещании «Биологическая рекультивация нарушенных земель» (г, Екатеринбург, 26-28 августа 1996 г.), на научной конференции «Б.П. Колесников - выдающийся отечественный ле-совед и эколог» (г. Екатеринбург, 7-8 декабря 1999 г.), на международном совещании «Проблемы охраны растительного мира Сибири» (г. Новосибирск, 21-24-августа 2001 г.), на Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г, Екатеринбург, 12-14 марта 2004 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация ландшафтов и рекреационных зон на зональных нарушенных землях» (г. Воронеж, 22-24 сентября-2004 г.), доложены на Всерос-

он Некой конференции «Экология промышленного региона и экологическое образование» (г. Нижний Тагил, 29 ноября-1 декабря 2004 г.), на Международной научно-практической конференции «Экология фундаментальная и прикладная: проблемы урбанизации» (г. Екатеринбург, 3-4 февраля 2005 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 статьи и 7 материалов конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, приложений. Работа изложена на 'ТЙ^странипах машинописного текста, содержит таблиц и 44 рисунков, а также приложений объемом 52. страниц. Библиография включает -{90 наименований отечественных и •у. зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В главе приводится обзор литературы по вопросам изучения процессов естественного зарастания и способов биологической рекультивации нарушенных промышленностью земель и, в частности, гидравлических полигонов горнодобывающих предприятий.

ГЛАВА 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1. Характеристика природных условий района исследования В главе приводится характеристика природно-климатических условий, почвенного и растительного покровов района исследования.

2.2. Геоморфологическая характеристика месторождения Шурхшно-Ягодное месторождение россыпного золота входит в группу Невьянскнх россыпей. Месторождение приурочено к Невьянско-Контуровской эрозионно-структурной мезозойской депрессии и является полихронным {верхний олнгоцен-неоген-голоиен).

2.3. Характеристика объекта исследовании Гидроотвал Шуралннско-Я годного месторождения расположен на границе Невьянского и К и ров градского районов Свердловской области. В составе гидроотвала б гидравлических полигонов с остаточными водоемами, Основной формой рельефа полигонов является — запал и нно-образ ные днища округлой формы с внутренними откосами, имеющими незначительную высоту и крутизну. По расположению на рельефе местности гидроотвал относится к нагорным. Общая плошадь гид роот вала составляет более 100 га.

2.4. Характер и с гика участков исследовании

На гндроотпапе Шурал и но-Я годного россыпного месторождения золота было рассмотрено -1 варианта местообитаний.

Гидравлические полигоны. Выделены подсохшие участки 3-Х гидравлических полигонов с окончанием намывных работ в 1988, 1990, 1992 гг. Соответственно началу периода зарастания им были даны обозначения П-88,11-90, П-92.

Подпорные дамбы. Рассмотрены участки дамб с ратными сроками отсыпки: 1990, 1992 гг. (внутренние) и 1995 г. (внешняя) — обозначенные соответственно Д-90,Д-92 и Д-95.

Участок рекультивации на полисоне, В 1992 г. произведена рекультивация участка полигона нанесением на глину слоя низинного торфа мощностью 10-20 см. Участок обозначен ГТ-92.

Участок рекультивации на дамбе. Отличается or предыдущего составом субстрата (запесоченные глинистые породы) и Солее высокими отметками рельефа поверхности. Участок обозначен ПТ-92.

2,5. Экологическая характеристика объекта исследования

В главе рассмотрены эдафические условия и особенности водного режима исследуемых участков. Субстраты глинистых гидравлических полигонов характеризуются как малопригодные из-за неблагоприятных физических свойств (набухаемость, слабая водостойкость, пучинистость, большая деформируемость под нагрузкой и т.д.) н из-за крайне низкого содержания основных элементов питания (ГОСТ 17.5.1.03-86). По уменьшению содержания влаги субстраты на участках составляют экологический ряд: П-88, П-92, П-90, Д-95, Д-90, Д-92, ГТ-92, ПТ-92.

ГЛАВА 3. МКТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

Геоботаничсскис исследования проводились по общепринятой методике А. А. Корчагина (1964) и В. М. ПонятовскоЙ (1964) на 27 постоянных площадках размером 10x10 м, а также детально-маршрутным методом. Всего выполнено 245 обишх геоботанических описаний и 2850 описаний pay н к перовских плошало к. Для каждого вила вычислен класс постоянства ([Пенников, 1964). Для сериальных фнтоценозов составлены хроноклины постоянства и доминирования ценотически значимых видов (Миркин, Соломещ, 2000).

Выделение стали И сингенеза проводилось на основе схемы, предложенной А. Г. Вороновым (1973) с уточнением-Л. Я. Курочки ной и В. В. Вухрер(1987).

В 1996 и 2000 гг. проведен^бор материала для изучения запаса надземной биомассы исследуемых сообществ. ' » ■

Для оценки экспериментальных посепоп был применен метод популяції он ного анализа (Работнов, ] 978).' Прослежена динамика формирования культур фи гоценозов с использованием общепринятых методов ценопопу-ляционного анализа (Ценопопуляции..., 1976, Злобин, 1989). Лналю качества семян многолетних трав проведен в соответствии с ГОСТ 12038-66, ГОСТ І 2039-66, ГОСТ 12042-66. '

Собрано более 300 листов гербария. Бно- и акоморфологическая характеристика вилов лапа по литературным данным и с учетом личных наблюдений. Экспериментальный материал обработан стандартными методами математической статистики. *

ГЛАВА 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФИТОРАЗНООБРАЗИЯ В УСЛОВИЯХ ГИДРООТВАЛА

Исследования по формированию флоры на осушенных глинистых гидравлических полигонах после золотодобычи проводились в период 19941998, 2000, 2004 гг. В 1994 г. флора гидроотвала была представлена 125 видами сосудистых растений, принадлежащих 94 родам, 30 семействам (без учета представителей мохообразных); Через 10 лег (в 2004 г.) видовое богатство флоры гидроотвала увеличилось до 166 видов сосудистых растений, из них наземная растительность представлена 155 вилами, принадлежащими 104 родам п 35 семействам, и в водоемах отмечено произрастание 11 видов гидрофит пых растений, принадлежащих 6 родам и 6 семействам. Конспект флоры гидроотвала обогатился представителями плауно-пых (ЬусороШит сІауаШт Ь.), папоротникообразных (ВоІгусЬшт тиІїШ-Оиш (ЯЛ. Стеї.) Нирг.) и 11 семейств покрытосеменных растений. Цветковые растения составляют 94,2 % от общего числа видов, присутствующих во флоре гидроотвала. Увеличение фиторазнообразия флоры гидроотвала на видовом уровне соответствует уравнению линейной регрессии {рис. 4.1.).

Динамика с*тсрээнообр<иня на мдроотвдо» У- -10-13 7.3936» 5,М4Є-Х

Гсд Р« 4 1.

4.1. Таксономическая структура флоры

Анализ таксономической структуры флоры гидроотвала за 10-ти летний период л оказал незначительные изменения в соотношении ведущих семейств, родов и видов. Порядок расположения первых 4-х семейств (As-tcraceae, Роассае, Fabaceae и Saltcacece) не изменился. По А.П. Хохрякову (2000) формируемая на г ид ро отвале флора ближе к эталонным флорам (флоры обширных территории таких, как Восточная Сибирь, Западная Сибирь, внсарктическая Восточная Европа (Малыше», 1972), находится в пределах «зоны бобовых» и относится к Habaceae-типу («южному», сре-дизем ном орс ко-центрально-азиате ко-му) и- Salicaccae-подтипу, характерному для спектров Арктики и до л и ни о-л ее н о го флороцеиотического комплекса Колымского нагорья (Хохряков, 1989)..Беря во внимание сравнительно небольшой период формирования флоры гидроогвала (20 лет), считаем Salicaceae-подтип промежуточным. Близкие значения по количеству видов имеюг семейство Rosaceae (10 видов) и пары семейств Сурег-асеае - Caryophyllaceae (8 и б видов соответственно). В 1994 г. 10 ведущих семейств содержали 93 вида (74 % от общего числа). В 2004 году на долю десяти ведущих ссмейсти приходится 1 1 1 видов (71,6 % от общего числа вилов). По семейственному спектру структуры флоры гидроотвала отмечено не равномерное распределение численности видов но родам и семействам, что может свидетельствовать об экстремальных условиях формирования флоры (Толмачев, 1974). Эта закономерность характерна для Большинства флор, формирующихся на нарушенных промышленностью землях (Глазырииа, 2002; Чибрик, Елькин, 1991). Наши исследования показали, что к многородовым семействам (более б родов) во флоре отвала относятся 7 семейств (20 % от общего числа семейств). В них входят 58 родов и 97 видов, т. е. более половины видового состава. Олиго-тнпные семейства составляют 43 % (15 семейств), 37 % - монотипные семейства (13 семейств). К нолитипным родам относится один род Salix — 9 видов, большинство родов являются олнготипными. Наиболее крупными из них являются Potcntilla (6 видов), Ranunculus, Equisetum, Vicia (no 4 вила), Galium, Carex, Hieracium, Lathyrus, Poa (по 3 вида). Большинство родов 79 (их доля 76 %) являются монотипными. В среднем на каждый рол приходится 1,5 вида. Преобладание маловидовых семейств и родов говорит о мшрационном характере изучаемой флори (Толмачев, 1970),

4.2. Бноэкологнчсскаи структура флоры

Анализ динамики биоэкологической структуры флоры показал, что во флоре гидроотвала увеличились количество (почти в 1,5 раза) и доля (or 68 % до 80,0 %) многолетних видов. За 10 лет в структуре биоморф

флоры гидроотвала значительно уменьшилась доля малолетних -грив (с 25,6 % ло 16,8 %), Возросло многообразие биоморф — появились клубие-образующие и травянистые полукустарнички. В структуре травянистых биоморф увеличилась доля ¡руины корневищных растений, в том числе ползуче- >1 короткокорневищных. При роете количества древесных видов (с 16 до 23 видов), их доля увеличилась незначительно. Анализ динамики экоморф л структуре флоры показал, что количество мезофитов увеличилось с 79 до 98 видов без изменения долевою участия (63,2 %). В 2 раза увеличилось количество гигрофитов (с 7 до 16 видов), их доля возросла с 5,6 % до 10,3 %. Остальные эк о морфы изменили свое процентное содержание незначительно. Анализ флоры жизненных форм по Раункиеру показал, что увеличили свое количественное и процентное соотношение гемикрнпюфиты (с 59 (47,2 %) до 83 видов (53,5 %), г софиты (с 22 (17,6 *Л) до 33 (2 и %) видов), фанерофнты (с 16 (12,8 %) до 23 (14,8 %) видов). К 20-му году формирования флоры резко снижается участие терофитов (с 25 (20 %) до 8 (5,2 %) видов).

За десятилетний период формирования растительности изменилось соотношение ценотических групп: значительно уменьшилась доля сорно-рудеральпых и лугово-сорных растений с 41,6 % до 23,2 %, увеличились доли лугово-лесных с 5,6 % до 10,3 % (с 7 до 16 видов), лесных растений с 9,6 % до 14,8 % (с 12 до 23 видов), а также доля и количество растений переувлажненных местообитаний. В 2004 году отмечены 2 новые ценоти-чеекпе грунны: степная группа и группа культурных растений. Анализ динамики флоры гидроотвала по географическим элементам показывает, что наблюдается увеличение числа и доли бореальных видов (с 71 до 97 видов и доли от 56,8 % в 1994 г. до 62,6 % в 2004 г.). Уменьшилась доля иол тональных видов с 39,2 % до 31,6 %, Среди долготных групп наблюдается увеличение доли евразиатских (с 45,6 % ло 46,5 %), европейских (с 8,8 % до 12,9 %) и сибирских видов, несколько уменьшилась доля голарктических и плюре гиональных и евросибирских видов.

Подробный таксономический и биоэкологический апалт флоры косвенно показал, что формирование растительности на гидроотвале, в целом, идет но пути сближения с растительностью зонального лесною тина,

['ЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ДИНАМИКИ .

РАСТИТЕЛЬНОСТИ 5.1. Формирование растительности на гилроотвале

Проведено обобщение результатов 10-ти летнего мониторинга в период 1994-2004 гг. ло формированию фитоценозов на гилроотвале при естественном восстановлении растительности. По береговой линии оставшихся водоемов первыми поселяются РЬгауткеБ аизП-аИэ, ТурЬа аиц1Ш1ГоПа, Т.

lati folia, Alisma plantago-aquatica. В 1994 году было отмечено всего 9 видов растений гигрофитов и мезогигрофитов. К 5-му году в водоемах формируются сообщества гкдрофишых растений с участием Potamogeton gramineus, Р, pectinatus, P. perfoliatus, Batntchium circinatus, В. eradicatum, Lcmna minor, Myriphyllum vcrticillatum и др. Неглубокие водоемы к 10-ти г. зарастают полностью с образованием сомкнутых од но в иловых сообществ и заболачиваются. .

В прибрежной зоне первоначально формируются травянистые сообщества гнгрофіггной и гидрофитной растительности с доминированием Phragmites australis переходящие к 15-20 годам в низкорослые ивняки (Salix myrsinifolia, S. caprea, S. triandra) ситни ко во-тростн и ко в ыс it злаково-тростниковыс с участием берез пушистой и повислой (Betula pubescens, В. pendula).

На исследуемых подсохших и рекультивируемых участках гидроотвала формирующиеся растительные сообщества различались но проективному покрытию, сложению и видовому составу (табл. 5.1.1.).

Таблица 5.1.1.

іУчасток Общее Коэффициент Число видов

проективное пестроты

покрытие, % сложения. %

1994 2004 1994 2004 1994 2004

11-92 13 74 11 37 49 31

П-90 20 80 27 34 39 48

П-88 37 64 31 37 37 62

Д-95 1-3* 66 - 28 9* 42

Д-92 11 83 8 31 77 47

Д-90 40-45 87 23 36 60 46

ГТ-92 5 50 5 . 24 33 59

ПТ-92 40 65 11 30 41 60

* - данные 1995 г.

С возрастом сообществ, формирующихся на полигонах и дамбах, отмечается увеличение проективного покрытия, коэффициента пестроты сложения.

На подсыхающей территории гцпроогвала пионерным растением са-мозэрастання является Tussilago farfara, которая вместе с другими вилами эрозиофильных растений первые 3-6 лет формирует сначала простые, потом сложные группировки: на полигонах с участием ив Salix caprea, S. triandra, S. myrsinifolia и лр.; на дамбах с Polygonum avicularc, Alopecurus aequalis, Stellaria media, Androsace filiform is и др.

На полигонах на 3-4-Й год формируются сложные группировки сорного разнотравья (их доля от общего числа видов 43,2 %) с участием видов переувлажненных местообитаний (25,9 %), луговых (20,7 %), лесных (6,8 %). На 5-6 год почти выпадают из травостоя виды гифофнты Typha angustí fol ¡a, Eleocharis palustris, Alopecuros aequalis и мезогигрофиты Ranunculus scelcra-tus, Rorippa palustris. Дальнейшее формирование растительности характеризуется активным появлением всходов ивовых кустарников (Salix caprea, S. triandra, S. myrsinifolia, S. viminalis, S, dasyclados, S. rosmarinifolia), внедрением бобовых a идо в-эксплср енто н Trifolium'pratense, Mclilotus albus, Amona repens (Trifolium repens) и злаков Poa palustris >i Calamagrostis epigeîos. Формируются 3-х ярусные злакоио-мать-и-мачехово-бобовые фитоиепозы с общим проективным покрытием (ОПП) 80-85 %. Количество иенотически значимых видов (с обилием выше sp) увеличивается с 4 (в 1994 г.) до 10 (в 2003 г.). Среднее количество видов, произрастающих на площади 0,25 м2, увеличилось с 2,5 до 8,4, на площади 100 м1 незначительно уменьшилось и составляет 23 вида. Размещение растений на площадках изменяется от группового к более равномерному (коэффициент пестроты сложения увеличивается cllío до 37 %), К 13-му году на полигонах <|юрмируются ивовые заросли с подростом древесных видов, которые к 15-му году выделяются в самостоятельный ярус с формированием редкого смешанного леса с преобладанием Betula- pendula, Pinus sylvestris, Salix caprea и Populus trémula.

На участке ГГ-92 с нанесением торфа на глину поселение растительности происходит с замедлением. Первые 6 лег отмечаются редко расположенные сложные группировки, в основном, из бобовых видов (Trifolium repens, Trifolium medium, Trifolium pratense) и видов сорно-лугового разнотравья (Crépis tectorum, Equisetum arvense, Rumex acetosella). Распределение растительности по плошади крайне неравномерное, отмечается низкий коэффициент пестроты сложения 5 %. Начиная с 7-го года проявляется дифференциация видового состава и смена доминирующих видов. В зависимости от мощности слоя торфа образуются разногравно-бобово-вей пиковые, иван-чайно-бобово-вейниковые и вейииково-иван-чайнме фитоценозы (ОПП 35-80 %) гаревого типа, характеризующиеся более равномерным сложением (коэффициент пестроты сложения увеличивается до 24 %). Показатели фиторазнообразия увеличились: на плошали 0,25 мг — с 1,0 (в 1994 г.) до 8,4 (в 2004 г.), на 100 м2-с 21 до 36 видов.

На участке ПТ-92 дамбы из заиесочснных глин с нанесением торфа на «песок» на 3-4-ft год формируется злаково-разнотравно-бобовый фитоце-

ноз (ОПП 65 %), Следует признать, что иакссение торфа на суглинистые пески улучшает условия поселения и произрастания растений, что нашло отражение в высоких показателях фиторазнообразия но сравнению с другими участками. За период исследования' отмечена смсна вилов-доминантов: Trifolium pratense, Melitotus albus, Trifolium repens в 1994 г., Astragalus danicus, Lathyras pratensis, Euphrasia brevipila, Achillea millefolium, Vicia cracca, Chamaecytisus ruthenicus, — с усилением роли мезоксе-рофитиых видов в 2004 г. Так как.вселение древесных было изначально затруднено на у>1астке произрастают редкие группы деревьев и кустарников опушечного типа. На остальной части дамбы без нанесения торфа к . 12-14-и годам сформировался мелколиственный лее с участием Bctula penJula,'Populus tremula, Salix-.caprea сомкнутостью древостоя 0,3-0,4. Хвойные виды Pinus sylvestris, Piceaobovata встречаются в виде всходов и подроста (до 10 лет). Под древесными видами широко распространились , Pyrola rotiwdifolia и Orthilia secunda. . . 5.2. Динамика фитоценозе в, формирующих си при естесгвенном само. . зарасглшн нарушен пыхи рекультивированных территории Обобщенная схема формирования фитоценозе в на участках гндроог-вала: 11-88 — разнотравно-тростниково-мать-и-мачеховыП —> разнотравно-хпаково-донниковый —> раз к отравно-бобово-ве й н и ковы if; П-92 — же ру ш н и ково-рав нолнео х востово-мать- н-м ачех о в ы й ->• разнограв-но-злаково-лугоклеверовый и разнотравно-бобово-вейниковый; П-90 — раз нотрав но-тово-м ать-и-м ач ехо вые —> разнотравно-мать-н-мачехово-лугоклеверово-доиниковые — > рази отрав нобобово-зл а ко-вый; Д-92 — раз-нотравно-раш юл и со х в остово-горцово-мать-и-м ачеховые -> раз потрав) ¡о-бобово-злаковый; Д-90 — разнотравно^ бобо вые->1 разнотравно-бобово-злаковый; ГГ-92 — единичные особи бобовых — > разнотранно-злаково-иван-чайно-вейннковые; ПТ-92 — раз нотрав но-злаково-лу го клевсрово-донннковыс -> бобово-мятлйко-ве ft ни ково-раз потравны с.

ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КУЛЬТУРНЫХ ВИДОВ ' МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ В УСЛОВИЯХ ГИДРООТВАЛА 6.1. Экол о го-биологическая характеристика использован пых ' индов многолетних трав В главе приводится обзор литературы по бноэкологической характеристике видов мноюлетних трав (овсяницы луговая и тростниковая, ежа сборная, тимофеевка луговай' кострец* безостый, регнерня волокнистая, клевера ползучий и гибридный), высеянных в условиях гидроо!вала.

6.2. Формирование культурфитоценозов Дана сравнительная характеристика экспериментальных посепоп по вариантам: опыт (породашнкробиологнческий препарат (МБП) и контроль (порода). Исследования показали, что «предстартовое» внесение МБ[1 благоприятно сказывается в первые годы на формирование культурфитоцено-зов в целом: увеличивается об шее проективное покрытие и покрытие культурой. Перечисленные культуры, кроме костреца безостого, имели достоверные различия между вариантами посева по ряду морфологических признаков, чаще генеративной а{>еры (длина соцвсшй, количество веточек, вес соцветия). Особенно чувствительны к внесению препарата культуры: ежа сборная, овсяница тростниковая, регнерия волокнистая.

В условиях гилроотвала формирование ценопоиуляиий высеянных трав происходи разными темпами, в зависимости от индивидуальных особенностей развития вида. Уже на 2-3-иЙ годы жизни показали высокое проективное покрытие, соответствующее стадии фитоценоза, од нов идо вые посевы овсяницы луговой (ОПП.45-55 %), клевера ползучего (ОПП 95-100 %), и злаково-бобовая смесь (тимофеевка луговая+клевер гибридный), при этом значительная доля приходилась из культурные вилы. Тимофеевка луговая показала средний темп: максимальное проективное покрытие вида (ППВ) 35-40 % было отмечено на 7-8-Й год. Разные темпы показали в травосмеси кострец безостый и регнерия волокнистая: у регнернн волокнистой максимальное ППВ — 25 % отмечено на 3-4 год и далее медленное выпадение вида, у костреца безостого — постепенный рост проективного

Проективное покрытие, %

100 80 60 40 ■ 20 • 0

2 3 4 ' 5 7 8 10 II 12 Ш Культур.})»поценоз травосмеси возраст посева, лег

кострец+решерия ■ в т.ч. кострец безостый

Рис, 6.2.1. Динамика формирования злаковой травосмеси

- —

— 1

: ti E

FtiT ¡¡п- i\ ! ir tr Iv t-

обилия к' 10—12-у годУ (ППВ'45-50 ' ' ''

Аналогично развивались намалоиригодныУ глинах ежа сборная н ов-сяшшатростниковая.Их посевы'обладали высоким ОПП (от 75 до 100 но низкой долей участия культурного компонента^ До 7-го года доля участия культурных видов не превышала'20'® о.' На 11-12 год проективное покрытие ежи сборной выросло :до 70 %,* вытесняя виды-внедренны (рис 6.2.2.). В отличие от ежи сборной овсяница тростниковая показхта максимальный предел ППВ (50 %) на 10 год жизни и снижение ППВ в следующие годы. ' " " '

Проективное ■ . <..•.■

покрытие, %

7. . 8 .10 И 12

Возраст посева, лет

□ Культурфитоценоз ежи сборной Ив т.ч. ежа сборная Рис. 6.2.2.

За исследуемый период у ОВСЯНИЦЫ луговой и клеверов ползучего VI гибридного были отмечены резко выраженные смены поколений: I поколение у клевера ползучего имело продолжительность жизни 5 лет, у гибридного — 7 лет, что согласуется с литературными данными для таежной зоны.

Культурфитоиенозы первые 2 гола имели неоднородную горизонтальную структуру: размещение культурного вида - равномерно-групповое. В посевах встречено 72'вида "растений, принадлежащих-55 родам, 18 семействам. Наряду с сорно-рудеральньши видами (лебеда лоснящаяся, марь белая, горец птичий, пастушья сумка), отмечалось появление луговых и лугово-сориых видов (вероника-дубравная, будра плющевидная и др.). Первые 4 года имели высокую встречаемость сорные виды — мать-и-мачеха (94-97 ?о), марь белая (до 67 %), горец птичий (37 %), бодяк щетинистый (10-42 %). Начиная с -5-го года формирования в посевах

отмечен рост значений встречаемости и обилия бобовых и злаковых видов. На 10-Й год экспериментальные посевы были представлены вариантами разнотравно-бобово-злаковых фитоценоз он (ОПП 90 %), сложной горизонтальной и 3-х ярусной вертикальной структурами. Из травянистых видов наибольшее це нот и чес кое значение имели такие виды, как чина луговая, мать-и-мачеха, пырей ползучий, мятлик болотный, всйннк наземный. На 12-й год сохранились культурф итоце нозы с участием ежи сборной (ППВ 60 %), костреца безостого (НПВ 50 %), тимофеевки луговой (11ПВ 25 %). На площади экспериментальных посевов овсяницы луговой (Ш1В около 5 %) сформировался разнотравно-веиниково-мать-и-мачсховмй фитоценоз, на посевах овсяницы тростниковой (ППВ 1-5 %) — разно¡равно-злаковый с участием пырея ползучего (35 %), регнерии волокнистой (25-30 %), ежи сборной (25 %), костреца безостого (10 %), вейника и мать-и-мачехи. Злаково-разнотравныЙ фитоценоз с преобладанием мать-и-мачехи (60 %) и злаков полевицы белой (35-40 %), мятлика болотного (25 %), регнерии волокнистой (10 %) отмечен на посевах клевера ползучего. Всего на посевах отмечено 65 видов, принадлежащих 53 родам, 20 семействам.

6.3. Продуктивность ку; I ыу р фито ц ен о] о и на гидроотвзле В 2000 г. проведен анализ продуктивности 8-лсших кул ыурф иго ценозов многолетних трав. Большую величину воздушно-сухой фитомассы и высокую весовую долю культурного вида показали посевы ежи сборной (29-34 ц/га; 69 %)> тимофеевки луговой (32-33 и/га; 63 %) и костреца безостого (26-28 н/га; 27 %). Средняя величина надземной фитомассы культурфнто-ценозов в 2-3 раза выше фитомассы, взятой на участках сам возрастания пшроотвала. Наибольшая надземная биомасса наблюдалась в опытном варианте овсяницы тростниковой — 37,7 ц/га, в контрольном — 20,4 н/га, но при этом на долю культурного вила приходится 17,5 % и 18,5 % соответственно. Продукция культурфитоценозов в целом сопоставима с продукцией естественных луговых сообществ.

6.4, Анализ посевных качеств семи и

От посевных качеств семян во многом зависит урожайность, долговечность и устойчивость вида в культурфитоценозс. Анализ показал, что семена трав, взятых с экспериментальных посевов на 3-ий и 10-ый голы жизни, обладают высокой энергией прорастания и всхожестью 1-11 класса (ГОСТ 12038-66, 12039-66, 12042-66), показатели но несу 1000 семян ниже или близки клитсратурным данным.

Изученные виды многолетних трав, а именно: клевера белый и гибридный, овсяницы луговая и тростниковая, ежа сборная, тимофеевка луговая, регнерия волокнистая, кострец безостый — могуг быть рекомендованы для использования при биологической рекультивации глинистых гилроотвапов.

выводы

Результаты проведенных мониторинговых исследований на экотопах гидроотвала позволили сделать следующие выводы: . 1. За 10-летниЙ период исследований произошло качественное изменение состава и структу ры флоры на участках естественною зарастания. Таксономическое разнообразие растительных: сообществ; произрастающих в условиях гилроотвала, возрастает. В целом во флоре выявлено 212 видов сосудистых растений, принадлежащих 143 родам и 42 семействам. Лидирующими по числу видов семействами являются: Л пегасе ае, Роасеае, РаЬасеае, ваНсасеае.

•2. Общими чертами структуры фитоценозов>на экотопах являются: возрастание общего проективного покрытия и видовой насыщенности; в спектрах по продолжительности жизни растет доля многолетних видов и сокращается доля однолетних, отмечается увеличение доли ксеромезо-фитных и мезофитных видов и видов бореального, евроазиатского и европейскою ареалов.

3. На гидроотвале направление сукцессии фито ценозов зависит от экологических условий местообитания, отмечено 5 сукпессионных серий. Выявлены следующие закономерности восстановительных сукцессии на подсыхающих полигонах: в период1 до 3 лет формируются обедненные в видовом отношении простые группировки, образованные преимущественно эрозиофнльными видами; с 4-го по 8-Й годы .наблюдается взрыво-образное разрастание ряда бобовых и злаковых видов, отмечено появление всходов ивовых кустарников и деревьев; к. 13—15-ому юлу формируются лесные фитоценозы (ивовые заросли; редкий смешанный лее).

По мере форм ирования сообществам и биотопа существенно обогащается и изменяется видовой состав, преобладающими становятся зонально-климатические условия, что способствует' формированию фитоненоэов близких кзональномутипу,

4. На рекультивированном участке с нанесением торфа скорость сукцессии на начальных стадиях замедлена. На участке формируются травянистые фитоиенозы малоценные в хозяйственном отношении.

5. Выявлена ценотическая аетивность видов растений на основе хро-ноклинов их постоянства в сериальных фтоценозах на различных сук-цессионных стадиях. Высокой пенотнческой активностью обладают вилы, в эколого-фитоценотической стратегии которых проявляются свойства эксплерентности и иатиентности; Степень проявления этих свойств определяется су кцесс но иной стадией. ■■•

6. Установлено, что посев многолетних трав ускоряет формирование фитоценоэов примерно на 5 лет, «предстартовое» внесение микробиологического препарата способствует сохранению всходов, благоприятно влияет в первые годы из рост и развитие культурных видов, особенно ежи сборной, овсяницы тростниковой, рсгнерии волокнистой. Формирование цено-популяций высеянных трав происходит разными темпами, в зависимости ог индивидуальных особенностей. Наибольшую величину фнтомассы и высокую весовую долю культурного вида показали посевы ежи сборной, тимофеевки луговой и костреца безостого. Средняя величина надземной фитомассы культурфнтоценозов в 2-3 раза выше.фитомассы на участках сам озарастан ия.

7. Изучение сам озарастан ия техногенно нарушенных земель позволяет не только оценить последствия процесса естественного восстановления, но и дает возможность значительно удешевить рекультнвационные работы. Представляется возможным проведение биологической рекультивации глинистых гидравлических полигонов без нанесения слоя почвы, торфа или потенциально плодородных пород.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Филимонова КН. Формирование фитоценозов овсяницы луговой (Festuca pratensis Huds.) на гидроотвалах Шурал ино-Ягодного месторождения россыпного золота // Экологические исследования на Уране: Сб. науч. тр. Екатеринбург: УрГУ, 1997. С. 92-100.

2. Фти.чонова КН., Уманова Н.Е., Рябухин Э.А, Начальные этапы формирования растительности на гидроотвалах Шурал и ио-Я год но го месторождения россыпного золота // Биологическая рекультивация нарушенных земель: Материалы Мсждунар. совет. 26-29 ав1уста 1996 г. Екатеринбург: УрО РАН, 1997. С. 238-247.

3. Фтшюноаа Е. И. Особенности трансформации экспериментальных посевов на нарушенных землях // Ь.П. Колесников — выдающийся отечественный лесовед и эколог. К 90-летню со дня рождения: Тез. докл. науч. конф. 7-8 декабря 1999 г. Екатеринбург, 1999. С. 115-116.

4, Филимонова Е, И„ Вызова А. К. Особенности формирования растительности на гидроотвалах Шурал ино-Ягодного месторождения россыпного золота Н Современные проблемы иопуляционной, исторической и прикладной экологии. Выи. 2: Материалы конф молодых ученых, 23-27 апреля 2001 г. / ИЭРиЖ УрО РАН. Екатеринбург: нзд-во «Екатеринбург», 2001. С. 269-271.

5. Филимонова £ Я Величина надземной фнтомассы эксперимент таль-ных культурных фитоценозо вна ■ гндроотвале глин // Проблемы охраны растительного мира Сибири: Тез. докл. Междунар. совет. (Новосибирск,21-24 августа 2001 г.). Новосибирск, 2001. С. 91-92.

6. Филшюнта Е. И, Роль рекультивацнонных мероприятий в восстановлении растительного покрова К Экологические проблемы промышленных регионов: Материалы всероссийской конференции. Екатеринбург, 2004; С. 83-85. :

7. Чийрик Т. С., Филимонова Е. //,, Лукина Н. В., Глазырина А/. А. Экологические основы структур но-динамической организации фитоцено-зов на нарушенных промышленностью землях // Экология промышленного региона и экологическое образование: Материалы Всерос. науч.-ripaкт. конф. Нижний Тагил, 30 ноября - L декабря 2004 / Отв. ред. Т. В. Жуйко-ва. Нижний Тагил, 2004. С. 121-125:

8. Фтшонова К Я. Восстановление фнторазнообразия на гидравлических полигонах после, добычи-золота7/ Экология фундаментальная и прикладная: Проблемы урбанизации: Материалы Междунар. науч.-практ. конф., Екатеринбурп Изд-во Урал, ун-та, 2005. С. 361-363.

9. Филимонова £, //." Эколого-гигиенические аспекты рекультивации гидроотвалов после добычи золота // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель: Материалы Всерос. научн.-пра кг. конф. Воронеж, 22-24 сентября 2004 года / Под ред. Я. В. Панкова. Воронеж: Изд-во Воронеж; гос. ун-та, 2005. С. 73-77.

Научное издание

Филимонова Елена Ивановна

«Экологические основы формирования и динамики фитоценозе в на полигонах при добыче россыпного золота» Автореферат

Подписано в печать С/<#^Формат60х84 1/16

Бумага офсетная. Усл. печ, л. 1.

Тираж 100 Заказ Печать офсетная

Отпечатано в ИПЦ "Изд-во УрГУ".

г. Екатеринбург, ул. Тургенева, 4.