Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Основы управления рекультивационной сукцессией в техногенных ландшафтах тундровой зоны

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Основы управления рекультивационной сукцессией в техногенных ландшафтах тундровой зоны"

башкирским государственный университет биологический факультет

01

•] 3 С1'П ' ~" 7 На правах рукописи

УДК: 581.524.3:502.654 (470-211.7)

ТЕТЕРЮК Борис Юрьевич

основы управления рекультнвационнои сукцессией в ¡техногенных ландшафтах тундровой зоны

03.00.05 — Ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа — 1996

Работа выполнена в отделе геоботаники и рекультивации Института биологии Коми научного центра УрО РАН

Научные руководители: доктор биологических наук,заслуженный деятель науки РФ и РБ, профессор Б.М. Миркни

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института биологии Коми НЦ УрО РАН Л.П. Турубанова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,3ав. лаборатории

геоботаники и растительных ресурсов Института биологии УфНЦ РАН А.И. Соломсщ

кандидат билогических наук,старшин преподаватель Башкирского государственного университета P.M. Хазиахметов

Ведущая организация: Сыктывкарский государственный университет

Защита диссертации состоится 199 Г- в ^ часов на заседании

диссертационного совета К0641309 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Башкирском государственно,VI университете по адресу: 450025 г. Уфа, ул. Фрунзе 32, биологический факультет Башкирского государственного университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета.

Автореферат разослан " ^ "

Ли.

'"199??.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Кузяхметов Г.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап промышленного освоения Севера сопровождается процессами глубокой трансформации естественных экосистем, что обостряет проблему разработки методов ускоренного природовосстановления. В условиях Крайнего Севера биологическая рекультивация как комплекс восстановительных мероприятии нарушенной биоты имеет свои особенности, обусловленные высокой степенью фрагильности экосистем и сложностью подбора видов-рекультивантов, которые были бы способны если не воссоздать естественные экосистемы, то по крайней мере остановить распространение процессов физического разрушения фунтов. В связи с этим повышается роль рекультивационного травосеяния и работ по выявлению видов и культиваров северной ориентации, пригодных для проведения рекультивационных мероприятий. Тем не менее, даже при выборе оптимального рекультиванта, адаптированного к природно-климатическим условиям подлежащей восстановлению территории, возникают задачи связанные с выбором оптимальных приемов рекультивации и управления процессом восстановительной сукцессии. Необходим выбор оптимальной нормы высева ввда-рекультивапта, подбор дозы и формы внесения удобрений. Это позволяет ускорить рекультивационную сукцессию, и тем самым резко снизить затраты на проведение рекультивационных мероприятий.

Цель и задачи исследования. Целыо данного исследования была разработка подходов к управлению рекультивационными сукцессиями для возможного ускорения процесса задернения грунта при минимизации затрат энергии, т.е. реализации принципа, который получил в агроэкологии название адаптивного подхода. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Провести скрининг некоторых видов и культиваров многолетних трав северной ориентации в плане выявления их рекультивационного потенциала.

2. Оценить эффективность воздействия факторов управления на ход рекуль-тивационной сукцессии.

3. Оценить сходство и различия процессов протекающих в ходе рекультива-ционной сукцессии в разноширотных пунктах Субарктики.

4. На основе исследований выработать общие рекомендации для управления ходом рекультивационных сукцессий, для обеспечения наиболее высокой скорости сукцессии при минимальных затратах на семена и удобрения.

Новизна работы. Впервые на строго статистической основе охарактеризовано воздействие факторов, определяющих скорость рекультивационных сукцессий при использовании наиболее перспективного рекультиванта для Севера Европейской части России мятлика лугового сорт "Дырносский".

Выявлена закономерность смены роли основных факторов управления сукцессией на начальных стадиях развития рекультивационного посева.

Практическая значимость работы. Выявлен список наиболее перспективных видов многолетних трав, способных активно восстанавливать техногенно нарушенные территории в условиях тундровой зоны.

Обоснованы минимально возможные нормы высева мятлика лугового и режим внесения удобрений для эффективного проведения рекультивационных мероприятий.

Обоснована продолжительность и интенсивность этапа управления процессом восстановления растительности в техногенных ландшафтах тундровой зоны.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 164 страницах машинописного текста, включает 48 таблиц, 5 рисунков, состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Список литературы включает 274 наименования (в том числе 27 на иностранных языках).

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в 6 опубликованных работах и одна находится в печати. Отдельные этапы работы доложены на Коми республиканских научных конференциях молодых ученых (Сыктывкар, 1994, 1996), на Российской научной конференции (Апатиты, 1995), на П-й Международной конференции "Освоение Севера и проблема рекультивации" (Сыктывкар, 1994). Диссертация рассмотрена и одобрена на заседании отдела геоботаники и рекультивации и Ученом совете Института биологии Коми научного центра УрО РАН.

Диссертация является частью плановых научных тем отдела геоботаники и рекультивации Института биологии Коми научного центра УрО РАН: "Разработка теоретических основ и приемов биологической рекультивации территорий, нарушенных горными работами и другими видами хозяйственной деятельности" (№ Гр 01.0.20000505) и "Разработка природоохранных, восстановительных и социально-экономических мероприятий в составе ТЭО системы МГ Ямал-Центр".

Глава 1. Место рскультивационной сукцессии в антропогенной динамике Северных территорий (Обзор литературы по теме исследования)

Рассмотрена литература о масштабе и формах антропогенных нарушений экосистем Крайнего Севера. Обобщены сведения об особенностях процессов самовосстановления нарушенной растительности в жестких природно-климатических условиях тундрового биома. Проанализировано состояние изученности процессов биологической рекультивации техногенных ландшафтов Крайнего Севера. Показано, что в большинстве случаев описываются лишь эмпирические результаты рекультивации и не рассматриваются внутренние причины формирования рекультивационных ценозов. Работы, где бы детально описывались рекуль-тивационные сукцессии и анализировался механизм управления ими практически отсутствуют.

Глава 2. Природно-климатические условия районов исследований

Сравнение природно-климатических условий районов проведения экспериментов приводятся в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика природно-климатических условий районов исследований

Хальмер-Ю Бованенково

Географическое положение Воркутинский р-он, 78 км СБ г.Воркута, 68°с.ш., 65°в.д. П/о-в Ямал, центральная часть западного макросклона, 70° с. ш., 68°в.д.

Зональная приуроченность Южная полоса субарктических тундр (Александрова, 1977) Северная полоса субарктических тундр (Александрова, 1977)

Климат Районы наших исследований находятся в атлантической области субарктического пояса (Алисов, 1969) и каждый из ннх характеризуется следующими показателями:

Среднегодовая температура воздуха, 0°С -7,2 - 13,3

Среднемесячная температура воздуха, 0°С

январь -19,1 -27,4

июль 12,6 7,2

Сумма положительных температур выше +10 "С 320-350 150-170

Среднегодовое количество осадков, мм 426 , 203

из них за май-сентябрь 250 131

Почвы прилегающих к участкам территорий Тундровые торфяннсто-поверхностноглеевые Тундровые торфшисто-глеевые

Преобладающие растительные сообщества районов исследований Ивняково-ерннковые моховые тундры, ивняково-осоковые заболоченные тундры, пятнистые кустарниковые тундры, приснежные луговины. ерничково-кустарнич-ковые моховые бугор-коватыс тундры, плоскополигональные болотные комплексы, в речных долинах и озерных депрессиях — ивняки и ивняковые тундры.

Преобладающие формы антропогенных нарушений Строительство и эксплуатация линейных сооружений, воздействие безрельсового транспорта.

Глава 3. Схема эксперимента, объем исходного материала и методика обработки данных

Оба опытно-экспериментальных полигона, где проводились исследования, расположены в однотипных эдафогопмческих условиях. В каждом районе опытные площадки находятся на участке старой тракторно-вездеходной дороги многолетнего использования, на вершине плоскопологого увала. С момента закладки экспериментов дороги как транспортные магистрали не используются.

Подготовка участков перед закладкой экспериментов заключалась в снятии верхнего (7-15 см) слоя грунта, что моделировало условия формирующиеся в результате проведения горпогеологических, строительных и иных почворазруша-ющих работ.

Выполнение поставленной цели исследования было реализовано в ходе двух полевых экспериментов:

1. Сравнение рекультивационного потенциала видов и культиваров многолетних трав, адаптированных к произрастанию в Северных регионах.

2. Анализ управления рекультивационной сукцессией на примере наиболее перспективного рекультиванта мятлика лугового сорг "Дырносский".

Для эксперимента 1 были отобраны 23 вида и культивара многолетних трав уже использующихся в практике северного луговодства, а также рекомендуемые многими исследователями, как перспективные рекультиванты (табл. 2).

Таблица 2

Список видов и культиваров многолетних трав, испытанных в районах исследований

JftJ« п/п Вид или культивар (пункт сбора иди получения семян) Хальмер-Ю Бованенково

1. Alopecurus pratensis L. (окр. Воркуты) + +

2. А. pratensis (окр. Салехарда) 4

3. А. arundlnaceu» Poir. (окр. Салехарда) 4 4

4. Amoria герепа (L.) С. Prcsi (окр. Воркуты) 4

5. Arctagrostie laüfolia (R.Br.) Griseb. (Анадырь) 4 4

6. Arctophila fulva (Trin.) Aaders (Анадырь) 4 4

7. Beckmanma erueifortws (L.) Host (Салехард) 4 4

8. В. erueiformis (Воркута) 4

9. Bromopsls inermis (Leysa.) Holub (Сыктывкар) 4 4

10. В. inermis (Гам, Комы) 4

И. Carex coocolor RJJr. (окр. Xapn) 4

12. Cbamaenerioo angusüfolium (L.) Scop. (окр.Харп) 4

13. Dcschampsia glauca C.Hartm. (окр. Салехарда) 4

14. Elymus »ibiricua L. (Якутск) 4 4

15. Elytrigia repena (L.) Nevski (окр. Салехарда) 4

16. Fcstuca rubra L. (Екатеринбург) 4 4

17. Luzula frigida (Buchea) Sam. (otp-Xapa) 4

18. Phalaroides anxadiaacea (L.) Rauschert (Гаи, Коми) 4

19. Poa pratensis L. (охр. Xapn) 4

20. Р. pratensis сорт "Киршинскнй" (Екатеринбург) 4 4

21. Poa pratensis сорт "Дырносский" (Сыктывкар) 4 4

22. Т. pratense L. (окр. Воркуты) +

23. Vicia cracca L. (окр. Воркуты) 4

1fr ого 16 17

Закладка опытных площадок (питомников) для проведения эксперимента 1 произведена в Бованенково весной 1989, в Хальмер-Ю весной 1990 года. Посев произведен семенами, собранными в естественных сообществах, а также полученными из научно-исследовательских и сортоиспытательных организаций северных регионов страны. Семена высевали в норме 400 штук на 1 м2. На участки со хтаками ежегодно осенью вносили минеральное удобрение №К в дозе по 90 кг/га д.в. каждого элемента.

В ходе эксперимента 2, начатого в июле 1990 года, были организованы следующие факторы:

Фактор "Удобрения" — СУ) с градациями:

а) Контроль (без удобрений) — (У0);

б) М90Р90К90_ внесение минерального удобрения в дозе по 90 кг/га д.в. каждого элемента — (У,);

в) М15Р45К45 — внесение минерального удобрения в дозе по 45 кг/га д.в. каждого элемента — (У2);

г) внесение комплексного органоминерального удобрения в расчетной дозе по азоту 90 кг/га д.в. — (У3).

В Бованенково фактор У имел две градации: У0и У,. В год посева (1990) и во второй год жизни (1991) удобрения вносили дважды в год (весной и осенью). Начиная с третьего года жизни (1992) удобрения вносили только осенью.

В Хальмер-Ю фактор У имел все четыре градации. Режим внесения удобрений был следующим. В год посева (1990) и во второй год жизни (1991) минеральные удобрения вносили дважды в год (весной и осенью). В третий год жизни (1992) удобрения внесены осенью. В четвертый год жизни удобрения не внесены. В пятый год жизни (1994) удобрения внесены дважды (весной и осенью). В варианте У3 комплексное органоминеральное удобрение внесено одноразово в год посева. Затем в 1991 году (2-й г.ж.) осенью сюда внесено полное минеральное удобрение в дозе 90 кг д.в. на 1 га. В последующие годы в вариант У3 удобрения не вносили.

Фактор "Норма высева" — (НВ) с градациями:

а) 3 кг/га или 1200-1500 штук семян на 1 м2 — (НВ,);

б) 20 кг/га или 8000-10000 штук семян на 1 м2 — (НВ2).

Всхожесть семян — 95%.

Фактор "Географическое положение" (ГП) с градациями:

а) Хальмер-Ю (Восточно-Европейская тундра) — (ГП,);

б) Бованенково (Западно-Азиатская тундра) — (ГП2).

Измерение всех параметров характеристики сукцессии производилось на градиенте фактора "Сукцессионное время" (СВ).

Изучение последействия удобрений проводили в вариантах У, и У3 С этой целью на опытных делянках внесение удобрений прекратили, соответственно, со 2-го и 5-го годов жизни травостоев, при этом в варианте У, на половину площади делянок удобрения продолжали вносить.

Повторность каждого варианта — трехкратная.

Размер делянки: в Хальмер-Ю — 2Х5 м, в Бованенково — 2*2 м.

В ходе экспериментов учитывали следующие показатели:

- общее количество побегов (густоту травостоя);

- количество генеративных побегов;

- высоту вегетативных побегов;

- высоту генеративных побегов;

- биомассу травостоя (надземной и подземной части);

- общее проективное покрытие растений на делянках.

Для их определения с каждого варианта опыта брали укосы в трехкратной повторности с учетных площадок 20x50 см. Далее укосы разбирали по видовому составу, высушивали, взвешивали в воздушно-сухом состоянии. Затем производили перерасчет полученных измерений на 1 м2.

При изучении развития корневой системы травостоев на 4-й и 6-й годы жизни травостоев были взяты почвенные монолиты, размером 10x10x10 см последовательно на глубину до 30 см. Верхний монолит разделяли на два по слоям 0-5 и 5-10 см. После чего согласно методике, предложенной М.С. Шалытом (1960) с некоторыми изменениями, в лабораторных условиях производили отмывание корневой системы.

Для выявления состава синузий спонтанно внедрившихся ввдов проведены пометровые геоботанические описания всех опытных делянок. Определена встречаемость каждого внедрившегося в посевы вида.

При обработке данных были использованы дисперсионные комплексы из 4-х, 3-х, 2-х факторов (Лакин, 1980; Шивдг, 1984).

Глава 4. Сравнительный анализ рекультивационного потенциала некоторых видов и культиваров многолетних трав

Эффективность биорскультивационных мероприятий во многом определяется биологическими свойствами используемых для данных целей видов-рекультивантов.

Богатый опыт испытания видов, потенциальных рекультивантов из числа многолетних трав, способных образовывать в условиях южных районов ВосточноЕвропейской тундры (Воркутинская тундра) высокопродуктивные агроценозы, накоплен сотрудниками Института биологии Коми НЦУрОРАН (Хантимер, 1974; Биогеоценологические исследования..., 1979; Турубанова, 1988; Экологические основы, 1991). С учетом этого опыта оценивался рекультивационный потенциал 23 видов и культиваров многолетних трав в более северных по отношению к Воркуте районах: Хальмер-Ю (южная полоса субарктических тундр) и Бованенково (северная полоса субарктических тундр).

Рекультивационный потенциал — это способность вида (или культивара) на участке с уничтоженной растительностью формировать эрозионноустойчивые сомкнутые травостои. В условиях тундрового биома он характеризуется:

- способностью растений к произрастанию в данных природных условиях;

- скоростью формирования ими сомкнутых травостоев;

- продолжительностью нахождения травостоев в сомкнутом состоянии;

- зимостойкостью;

- способностью травостоев к самовозобновлению т.е. способностью к семенному и (или) вегетативному размножению.

Сравнительный анализ динамики развития протестированных многолетних трав выявил различия их рекультивационного потенциала. На основании этого все они были разделены на три группы.

1). Многолетние травы, обладающие высоким рекультивационным потенциалом: Alopecurus pratensis, А. arundinaceus, Arctagrostis latifolia, Arctophila fulva, Beckmannia eruciformis, Deschampsia glauca, Poa pratensis, семена которого собраны в естественных условиях, а также его сорта "Дырносский" и "Киршин-ский".

2). Многолетние травы, обладающие средним рекультивационным потенциалом: Elymus sibiricus, Bromopsis inermis, Festuca rubra, Phaiaroides arundinacea.

3). Многолетние травы, не обладающие в созданных в ходе эксперимента условиях, рекультивационным потенциалом: Amoria repens, Carex concolor, Cha-maenerion angustifolium, Elytrigia repens, Luzula frigida, Trifolium pratense и Vicia cracca.

Глава 5. Влияние факторов управления на рекультивационнуго сукцессию в техногенных ландшафтах Крайнего Севера

Экологические сукцессии продолжают оставаться центральной проблемой современной экологии ( Разумовский, 1981; Миркин, 1984, 1985; Миркин и др., 1987; Миркин, Горская, 1989; Миркин, Хусаинов, 1991; Bliss, Wein, 1972; Connel, Slatyer, 1977: Forest succession, 1981; Cargill, Chapin, 1987; Chapin et al., 1987.' 1995; Disturbance dynamics..., 1993). Динамичность экологических процессов усиливается под воздействием человека. Возможности и темпы развития восстановительных сукцессий на нарушенных землях в условиях Крайнего Севера весьма ограничены (Дружинина, 1985; Дружинина, Мяло, 1990; Капелькина, 1993; Юриев, 1995; Cargill, Chapin, 1987; Chapin et al., 1987, 1995), в связи с чем усилия исследователей направлены на ускорение формирования первых стадий сообществ и отработку эффективности факторов упраапения рекультивационной сукцессией.

5.1. Влияние организованных в эксперименте факторов на развитие рекультпвационных травостоев Poa pratensis

Вклад организованных в эксперименте факторов в формирование сомкнутого эрозионноустойчивого травостоя был неравнозначен. Определяющее значение имел фактор У. Фактор HB не оказывал сколько-нибудь значительного воздействия на развитие травостоя, за исключением показателя плотности травостоя. Доля участия фактора СВ в становлении рекультивационного травостоя наиболее значительна в начальный период его становления (первые три года сукцессии). По мере взросления травостоя влияние фактора СВ снижается. В воздействии фактора ГП

выделяется два хорошо выраженных периода. Первый — повышенной степени влияния фактора, соответствующий времени начального становления травостоя, второй — сниженной степени влияния, наступающий в последующие годы.

5.2. Влияние факторов управления на формирование плотности травостоя

Плотность травостоя — это единственный показатель, в формировании которого на достоверно значимом уровне проявилось воздействие фактора HB. В первые годы жизни травостоев степень влияния фактора HB была определяющей. На его долю приходилось 48,0% от общей дисперсии признака. По мере взросления травостоев, действие фактора HB угасает, уступая лидерство фактору У. В момент смены ведущих факторов усиливается, достигая 27-30%, влияние неорганизованных факторов или так называемых "шумовых эффектов". Фактор У становится определяющим в формировании плотности травостоя начиная с 4-го года жизни (69-92%) т.е. с момента достижения травостоями зрелого состояния. К этому же периоду резко снижается (до 1% и менее) вклад в общую дисперсию признака фактора ГТТ, что свидетельствует о нивелировке различий травостоев по показателю плотность травостоя в обоих районах исследований.

Высокая плотность травостоев Роа pratensis при ежегодном внесении минерального удобрения (NPK) в дозе от 45 до 90 кг/га д.в. по каждому элементу формируется в течение первых трех-четырех лет (рис. 1). В южной полосе субарктических тундр достижение высокой плотности травостоев наступает на год раньше, чем в условиях северной полосы. Загущение посева не ускоряет процесс формирования высокой плотности травостоя.

5.3. Влияние факторов управления на формирование количества генеративных побегов

На формирование количества генеративных побегов Роа pratensis в наибольшей степени влияет фактор У (66%). Вместе с тем в период становления травостоев (1-3 годы жизни) весьма значительным является влияние фактора ГП (до 54,5%). Фактор HB не оказал сколько-нибудь значимого влияния на формирование количества генеративных побегов. Степень его влияния не превышала 4,3%.

Наибольшее количество генеративных побегов в травостоях сформировалось к началу их относительной стабилизации (рис. 2). В Хальмер-Ю это произошло на 3-й, а в Бованенково на 4-й годы жизни. На участках по фону удобрений в Бованенково в среднем формировалось от 400 до 800, а в Хальмер-Ю — 500-1200 шт./м2. Без внесения удобрений в травостоях образовывалось лишь 20-100 шт./м2. При этом, в более жестких природно-климатических условиях каковыми в нашем эксперименте являются условия бованенковского опытного полигона, генеративные побеги без внесения удобрений образуются не ежегодно.

А Хальмер-Ю, 3 кг/га

6000

7 3,4 5

годи жшни

—Контроль -»-КОМ

-i- N4SP45K45 -»— N90P90K90

1 2 3 4 5

[ОДЫ жижи

—♦— Контроль ком

—i—N45P45K45 -■—NSoraotoq

6000

S000 -

4000

i ЗОСЮ

2000 -

1000

Бованенково, 3 кг/га

t i i i J i I /

1 1 f.....j.....Li,.. / /

i i A i j ¡i A /

~;ГТП..... .. ....

Г Бованенково. 20 кг/га

БООО -

0 4—-¡—:-1— -H--f -

1 .2 3 " 4 5 " Б

: ГЩНЮС1НИ

'■ ♦ Контроль : '-»r-.'N9Opg0K30 ■

5000

4000 ------

3000

э

2000 ■ •

1000 ■■

...... ■ ' /: / / / „/ - m - - . i

i / i

Д i. Г ■ i » / l >чЛ' t j l ....^íx.J.....

i., i С . I • • 1 1 • '

4 .56 ГОДИ жизни

-Контроль

- N90P90K9Q

Рис. 1. Динамика общего количества побегов Роа pratensis

А Хапьмер-Ю, 3 кг/га

1400 •

1200 ■

1.000 -

800

600 --

200

♦ Контроль -♦-КОМ

—*— Н43Р45К45 -«—МЭОРЭОКЗО

В Бованенково, 3 кг/га 1*00 •

1200

| 1

600 -

400

200 ----:----

! /К

! 7! Л - ^

■ Г/- : ...... -------

3

-Контроль-

-МЭОРЗОКЭО

■ 1400

120Л

ЮОО

600 ■-

600 -■

4СЮ

200

Хальмер-Ю. 20 кг/га

■:■■' ■ | ■ 1 -

/|\ г

. ~гт~;......

"7

г/ . г. • 1 ' Т '

■ 3 : 4 5 ... 6

Годы ппнп

—Контроль * -♦-КОМ '

—»•- М^Р45К45 . • -*—ЫЗОРЭОКЭО

Г Бованенково, 20 кг/га 1400,-

1200

600 -

5 6

Годы жи«нн*

400 ....----г - - -

200 ■ ■ -

Рис. 2. Динамика количества генеративных побегов 12

5.4. Влияние факторов управления на формирование высоты вегетативных побегов

Наибольшей силой влияния (от 67,8 до 91,0%) на формирование высоты вегетативных побегов обладает фактор У. Степень влияния факторов HB и ГП в течение всего периода наблюдений была незначительной и лишь в первые три года сукцессии достигала 3,7 и 4,8%, соответственно.

При ежегодном внесении минерального удобрения (NPK) в дозе от 45 до 90 кг д.в. на 1 га каждого элемента к 3-4 году жизни высота вегетативных побегов достигает 25-35 (45) см. Одноразового внесения органоминерального удобрения в сочетании с однократным внесением полного минерального удобрения недостаточно для достижения травостоями потенциально возможной высоты вегетативных побегов. С прекращением его воздействия, которое произошло после 3-го года жизни, состояние травостоя ухудшилось и высота вегетативных побегов снизилась до показателей на Контроле, составив 12-15 см. В условиях эксперимента максимальная высоты вегетативных побегов в южной полосе субарктических тундр была достигнута на 3-й, а в северной на 4-й годы жизни травостоев.

5.5. Влияние факторов управления на формирование высоты генеративных побегов

Из организованных в нашем эксперименте факторов наибольшей силой влияния (от 59,2 до 88,7%) на формирование травостоями Роа pratensis высоты генеративных побегов обладал фактор У. Фактор HB оказал не значительное (от 0,08 до 1,2%) влияние на формирование высоты генеративных побегов. Влияние фактора ГП на высоком (от 7,0 до 17,3%) и достоверно значимом уровне проявилось во 2-м, 3-м и 5-м годах жизни, т.е. в те годы когда в травостоях по варианту У0 отсутствовали генеративные побеги. В эти же годы (за исключением 3-го) отмечена высокая (20,3 и 14,0%) степень влияния взаимодействия факторов У+ГП.

Максимальное значение высоты генеративных побегов (70-80 см) в обоих пунктах исследований было достигнуто при внесении полного минерального удобрения в дозах 45 и 90 кг/га д.в. каждого элемента уже на 3-4-й годы жизни травостоев. Без внесения удобрений генеративные побеги образовывались не регулярно. Их высота была в 2-2,5 раза ниже, чем в травостоях ежегодно получавших минеральную подкормку и составляла 18-23 см.

5.6. Влияние факторов управления на формирование биомассы надземной части травостоя

Ведущим фактором, определяющим величину биомассы надземной части травостоя, является фактор У. Степень его влияния составила от 66,3 до 84,4%. Воздействие факторов HB и ГП сказывалось лишь в первые 2-3 года жизни травостоев, достигая значений 5,9%.

Ежегодное внесение полного минерального удобрения в дозе N^P^K^., как в Хальмер-Ю, так и в Бованенково, уже с 3-го года жизни обеспечило ежегодное поступление в восстанавливаемый ценоз от 2,5 до 5 т/га растительной органики (рис. 3). Эго создает благоприятные условия для формирования на восстанавливаемых участках тундры гумусированного горизонта. Для поступления отмеченного объема органики в Хальмер-Ю (южной полосе субарктических туцдр) достаточно и вдвое меньшей дозы минеральных удобрений, что в конечном итоге может удешевить проведение рекультивационных мероприятий. Без внесения удобрений величина образуемой травостоями биомассы составляет в Бованенково 3-5, а в Хальмер-Ю — 15-30 г/м2.

5.7. Влияние факторов управления на формирование травостоями подземной биомассы

Развитие подземной части травостоя на техногенно нарушенных участках тундры находится в полной зависимости от уровня его минерального питания. При ежегодном внесении минеральных удобрений NPK в дозах от 45 до 90 кг/га д.в. каждого элемента уже к четвертому-шестому годам жизни в верхнем субстратном слое образуется горизонт обильно насыщенный корнями и корневищами. Основная их масса (1100-2500 r/м2 или 90-93%) сосредоточена в горизонте 0-10 см, при этом в слое 0-5 см их содержится 78-80%. Эго свидетельствует об образовании высокозадернованного горизонта на рекультивируемой территории. Сформировавшийся к четвертому году жизни травостоев хорошо развитый дерновый горизонт способен активно противостоять процессам эрозии и является надежной основой восстановления нарушенного ценоза.

5.8. Анализ последействия внесения удобрений

Прекращение внесения удобрений до достижения травостоями относительно

устойчивого состояния (2-3 годы жизни) приводит к резкому снижению их основных

показателей. Наиболее глубокие изменения в травостоях происходят по показателям

их плотности и биомассы (в 2,3-2,8 раза). Данные изменения были стать глубоки,

что состояние травостоев в 4-й год жизни мало чем отличались от контрольных.

Однако полного выпадения Роа pratensis из травостоя не произошло. Он сохранил

доминирующее положение в посеве до конца периода наблюдений. Этому во

многом способствовал высокий уровень развития его подземных органов.

При прекращении внесения удобрений по достижении травостоями полного

уровня развития (т.е. после 5-го года жизни) глубина изменений в состоянии

травостоев заметно меньше. Основой этому во многом является высокий уровень

развития подземных органов травостоя.

Результаты эксперимента показали .что изменени е состояния травостоев, v т^. .¿Боьаненкоьо „

как в лальмер-Ю так происходило практически однотипно, за той лишь разницеи,

что в Бованенково снижение биомассы надземной части травостоев было глубже.

При этом, как в Бованенково, так и в Хальмер-Ю снижение биомассы подземной

Хальмер-Ю, 3 кг/ra

30Q

200

1 ' /

Г / * /.

: , : W /

\ 1 ?

Б Хальмер-Ю, 20 кг/га

- 500

400

300

200.

: J .....:/!

• - ! ' А î \ / / . / /

)

1

5. 6

Гвдыюпни

-Контроль -Ñ45P45K45

-КОМ

-N30P90K90

5 6

Годы жюни

» Ко^трс.пь . »-КОМ

—*— N45P45K45 —■—N90P30K30

А

части травостоев практически не наблюдалось, что и является основой плавного перехода рекультивационных травостоев в режим авторегуляции восстановительной сукцессии.

5.9. Влияние факторов управления на состав внедряющихся видов

В Хальмер-Ю в разнофоновые посевы с разной степенью активности происходило внедрение 33 видов местной флоры. Среди них: 1 — кустарник, 9 — злаков, 3 — осоковых, 12 — разнотравья и 8 — мохообразных.

В Бованенково число видов, внедрившихся в экспериментальные травостои было почти на треть меньше, чем в Хальмер-Ю. Здесь было отмечено 24 вцда высших цветковых и мохообразных растений. Из них 1 — кустарник, 7 — злаков, 2 — осоковых, б — разнотравья и 8 видов мхов.

Общее проективное покрытие видов-внедренцев по вариантам эксперимента к шестому году жизни травостоев составляет 5-12%.

Наибольшим видовым разнообразием в Хальмер-Ю отличались варианты опыта У0и У3 (20-23 видов), в Бованенково — вариант У( (20 видов).

При прекращении внесения удобрений повышается встречаемость и увеличивается проективное покрытие внедряющихся видов. При этом резкого притока новых видов не происходит.

.'Наиболее ценотически значимыми видами из состава естественной флоры при освоении экспериментальных травостоев в условиях Восточно-Европейской тундры явились Deschampsia glauca, Роа alpígena ssp. colpodea и Festuca ovina, в условиях Ямальской тундры — Deschampsia glauca, Роа alpigena ssp colpodea и Eriophorum polystachion.

Кустарниковая компонента (Salix sp.) более активно поселяется на участках, где ослаблено воздействие высеянного Роа pratensis.

В Бованенково (северная полоса субарктических тундр) без внесения удобрений за 6 лет наблюдений зарастания практически не произошло.

ВЫВОДЫ

1. Сравнительный анализ динамики развития протестированных нами в условиях Ямальской и Восточно-Европейской тундры 23 видов и культиваров многолетних трав показал разную степень проявления ими рекультивационного потенциала и позволил разделить их на три группы:

а). Многолетние травы, обладающие высоким рекультивационным потенциалом: Alopecurus pratensis, А. arundinaceus, Arctagrostis latifolia, Arctophila fulva, Beckmannia eruciformis, Deschampsia glauca, Poa pratensis и его сорта "Дырносский" и "Киршинский";

б). Многолетние травы, обладающие средним рекультивационным потенциалом: Uromopsis inermis, Elymus sibiricus, Festuca rubra, Phalaroides arundinacea;

в). Многолетние травы, не обладающие рекультивационным потенциалом: Amoria repens, Elytrigia repens, Carex concolor, Luzula frigida, Chamaenerion angus-tifolium, T. pratense и Vicia cracca.

2. Ведущим фактором управления рекультивационной сукцессией на техно-генно нарушенных участках тундры является фактор "Удобрения". Высокая степень влияния этого фактора в формировании высоты травостоя и биомассы его надземной части устанавливается с первых лет жизни травостоя. В формировании густоты травостоя и количества генеративных побегов влияние этого фактора возрастает по мере развития фитоценоза.

3. Фактор "Норма высева" не оказал существенного влияния на формирование основных показателей рекультивационных травостоев, за исключением показателя плотность травостоя. Влияние на этот показатель прекратилось в Хальмер-Ю со второго, а в Бованенково с третьего года жизни трав.

4. В пределах субарктической тундры, как в южной ее полосе, так и в северной, при одном типе антропогенных нарушений и использовании одних и тех же факторов управления сукцессией ("Норма высева" и "Удобрения") ре-культивационная сукцессия протекает сходным образом. Однако в более жестких условиях северной полосы субарктических тундр ход рекультивационной сукцессии несколько замедлен. Максимальная густота травостоя, генеративность и биомасса в условиях ее южной полосы достигается на 3-й, а в северной на 4-й год жизни травостоев.

5. Ежегодное внесение минеральных удобрений NPK в дозах от 45 до 90 кг/га д.в. каждого элемента в течение первых 3-4 лет жизни способствует активному формированию сомкнутого, высокопродуктивного рекультивационного травостоя, образующего дерновый слой 0-10 см, где сосредоточено 90-93% всей его подземной биомассы. Образующийся в этот период обильно насыщенный корнями и корневищами слой (дерновый горизонт) является основой эрозионноустойчивости рекультивационного травостоя.

6. Процесс внедрения видов местной флоры в рекультивационные травостои очень замедлен. Количество высших сосудистых растений, отмеченных в экспериментальных травостоях, составляет менее 12% от состава конкретных флор районов исследований, а видов мохообразных — 8% от списочного состава флор каждого района исследований. Основная часть травянистых видов-внедренцев — это вегетативно подвижные многолетние травы.

7. Для успешной рекультивации техногенных нарушений в условиях субарктической тундры при сниженных затратах энергии можно рекомендовать высев мятлика лугового сорт "Дырносский" в норме 3 кг/га, внесение минеральных удобрении в дозах по 45 кг/га д.в. каждого элемента с последующим прекращением внесения после третьего-четвертого года жизни травостоев для активизации процесса внедрения аборигенных видов и перевода рекультивационной сукцессии в режим авторегуляции.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тетерюк Б.Ю. Управление рекультивационной сукцессией // Освоение Севера и проблема рекультивации: Тез. докл. П Межд. конф. — Сыктывкар: Ин-г биологии Коми НЦ УрО РАН, 1994. — С. 347-351.

2. Тетерюк Б.Ю. Приемы управления рекультивационными сукцессиями в техногенных ландшафтах Крайнего Севера II Антропогенное изменение почв Севера в индустриально развитых регионах: Тез. докл. Российской конф. — Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1995. — С. 112-114.

3. Тетерюк Б.Ю., Громова О.В. Создание высокопродуктивных агроценозов в Воркутинской тундре // Рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов: Тез. II Межд. молодеж. науч. конф. — Сыктывкар: Коми научн. центр УрО РАН, 1993. — С. 78-79.

4. Тетерюк Б.Ю., Громова О.В. Подбор видов многолетних трав в целях рекультивации в Воркутинской тундре // Тез. ХП Коми республ. молодеж. науч. конф., — Сыктывкар, 1994. — С. 73. (Коми научный центр УрО РАН).

5. Тетерюк Б.Ю., Громова О.В. Оптимизация приемов биологической рекультивации // Матер. ХП Коми республ. молодеж. конф. — Сыктывкар, 19946. — С. 52-65. (Коми научный центр УрО РАН).

6. Тетерюк Б.Ю., Турубанова Л.П. Способы посева многолетних трав в целях создания высокопродуктивных агроценозов // Газопровод Ямал-Центр: прогноз изменений и приемы восстановления природной среды. — Сыктывкар, 1993. — С. 100-106. (Тр. Коми научного центра УрО РАН, N 131).

7. Тетерюк Б.Ю., Громова О.В., Арчегова И.Б. Динамика формирования основных структур экосистемы на интенсивном этапе рекультивации // Биологическое разнообразие антропогенно трансформированных ландшафтов Европейского Северо-Востока Россини. — Сыктывкар, 1996. — С. 69-79 (Тр. Коми научного центра УрО РАН, N 149). П^ЧеЗ^и)