Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Развитие техногенных сукцессионных систем (ТСС) растительности в условиях криолитозоны

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Миронова, Светлана Ивановна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ТЕХНОГЕННАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ СЕВЕРА КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Проблемы техногенных нарушений экосистем Севера

1.2. Место вторичных восстановительных сукцессий в современных 12 представлениях о динамике

1.2.1. Состояние концепции экологической сукцессии

1.2.2. Рекультивационные сукцессии и их изучение

1.3. Изученность антропогенной растительности Якутии

ГЛАВА II ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТСС И ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2.1. Природные условия

2.2. Антропогенные условия

2.3. Флора антропогенных ландшафтов

2.4. Характеристика исходных данных

ГЛАВА III. ОРДИНАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОГЕННОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

3.1. Ординация как метод изучения сукцессионной динамики 50 растительности

3.2. Характеристика объектов градиентного анализа сукцессий

3.3. Результаты ординационного анализа

3.3.1. Анализ хроноклинов разных вариантов

3.3.2. Сравнительный анализ хроноклинов

ГЛАВА IV. СИНТАКСОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ

4.1 .Особенности растительности как объекта классификации

4.2. О классификации синантропной растительности

4.3. Синтаксономия техногенной растительности 84 4.3.1. Продромус растительности

4.3.1.1. Класс ЕрПоЫе1еа ап^шй^оШ

4.3.1.2. Класс Мо1т1о-АггЬепа1Ьеге1еа

4.3.1.3. Класс Риссте11ю-Ногс1ее1еа.щЬай

4.3.1.4. Класс Artemisieteajacuticae

4.3.1.5. Класс 8аНсе1еа ригригеае

ГЛАВА V . ТЕХНОГЕННЫЕ СУКЦЕССИОННЫЕ СИСТЕМЫ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

5.1. Понятие о техногенной сукцессионной системе (ТСС)

5.2. Характеристика техногенных сукцессионных систем отвалов

ГЛАВА VI ОПЫТ УПРАВЛЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫМИ

СУКЦЕССИЯМИ

6.1. Анализ состояния разработок по биологической рекультивации 137 техногенных отвалов Якутии

6.2. Опыт управления восстановительными сукцессиями на 138 отвалах Южной Якутии

6.2.1. Метод проведения и схема опыта

6.2.2. Результаты опыта

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Развитие техногенных сукцессионных систем (ТСС) растительности в условиях криолитозоны"

Актуальность проблемы. Северные территории России - это природные кладовые полезных ископаемых. При их разработке человек существенно влияет на все компоненты северных экосистем. В результате открытых и подземных способов добычи происходит нарушение рельефа, гидрологического режима, уничтожение почвенно-растительного покрова, загрязнение атмосферы, вод и поверхности агрессивными газами и веществами, полное обновление коры выветривания за счет экскавации на дневную поверхность глубинных пород. Природные ландшафты настолько изменяются, что их выделяют в особый тип природно-техногенных ландшафтов (ПТЛ) коренным образом отличающийся не только структурой и составом субстрата, но и биотой (составом растений, животных, водорослей, грибов, бактерий), биологической продуктивностью, характером круговорота веществ, отсутствием развитого почвенного покрова, а также хозяйственной ценностью.

Якутия с давних времен считалась перспективным регионом, богатым полезными ископаемыми. На ее территории обнаружены месторождения алмазов, золота, олова, каменного угля, нефти, природного газа и многих других видов минерального сырья.

Промышленное освоение, начатое с 20-х годов нашего столетия, резко увеличивает площадь экосистем, вовлеченных в сферу техногенных нарушений. Согласно Государственному докладу о состоянии окружающей природной среды Республики Саха (Якутия, 1997), земли республики отчуждаются и нарушаются 800-ми предприятиями горнодобывающей промышленности, транспорта, связи, строительства, обороны и иного назначения. Только отведенные под отвалы пустых пород площади составляют более 200 тыс. га, нарастая из года в год, а темпы их рекультивации не соответствуют объемам нарушения. По сравнению с 1988 г. площади нарушенных земель увеличились на 10694 га или на 25.3%.

Наиболее индустриализированными районами Якутии считаются / Мирнинский на западе и Алданский улусы на юге.

В январе 1956 г. коллегия Минцветмета СССР приняла специальное решение "О промышленном освоении Вилюйских алмазных месторождений" (Хатылаев, 1992). В настоящее время огромные площади земель лесного и сельскохозяйственного пользования отчуждены для удовлетворения нужд промышленности, градостроительства, сооружения крупных водохранилищ и различных коммуникаций. По АК "Алмазы России - Саха" изъятие земель только под отвалы пустых пород составляет 11.5 тыс. га (1996 г.).

Возникшая в 20-х годах золотодобывающая промышленность Якутии является первенцем индустрии. Южная Якутия (бассейн р. Алдан) считается ведущим регионом добычи золота. И в этом регионе в результате наземных и подземные разработок, проведения буровых работ, строительства трубопроводов, населенных пунктов, дорог на огромных площадях долин рек и водоразделов частично или полностью уничтожен почвенно-растительный покров.

Перемещение большой массы грунта, изменение гидрологического режима территории, появление различных мерзлотных явлений и образование разных форм техногенного ландшафта (карьеры, котлованы, канавы, отвалы, плотины, дамбы, валы и пр.) в первую очередь отражается на растительности -единственном источнике кислорода и основном продуценте органического вещества, которое питает безхлорофильные организмы, включая человека. Растительность, как тонкий и надежный индикатор процессов, протекающих в биосфере, позволяет достаточно достоверно и с меньшими затратами, чем при прямых исследованиях, судить о состоянии окружающей среды.

В этой связи актуальна проблема защиты природы и человека от его же пагубного воздействия на окружающую среду и ликвидации последствий техногенных нарушений. При этом именно эколого-фитоценотический анализ растительности в аспекте изучения форм ее динамики является важнейшим компонентом экологической экспертизы состояния антропогенных экосистем, открывая возможность оптимизации процессов их рекультивации. Знание факторов, механизмов и закономерностей динамики сообществ необходимо для разработки практических вопросов рекультивации ценозов на нарушенных техногенных территориях. Особую роль играет выявление восстановительного потенциала растительности и поиск возможностей содействия этому процессу путем управления сукцессией.

Этой проблеме посвящена данная работа, которая является итогом многолетнего (1986-1997 г.г.) изучения флоры и растительности под влиянием хозяйственной деятельности человека и составляет раздел комплексных экологических исследований, проводимых Институтом прикладной экологии Севера Академии наук Республики Саха (Якутия).

Цель работы - выявление закономерностей формирования антропогенной растительности после открытой разработки золота и алмазов и, в первую очередь, анализ восстановительного потенциала растительности разных техногенных местообитаний и поиск путей управления восстановительными сукцессиями.

Задачи исследований.

1. Изучить флору и растительность техногенных нарушенных территорий Западной и Южной Якутии;

2. Определить сукцессионный статус видов, участвующих в процессе восстановления растительности;

3. Провести эколого-флористический анализ растительности;

4. Выявить и обосновать техногенные сукцессионные системы (ТСС) растительности, выделенных на основе ординационного и синтаксономического анализов;

5. Изучить возможности ускорения восстановительных сукцессий при помощи применения азотных удобрений.

Защищаемые положения:

1. На техногенных ландшафтах Якутии формируется специфичная рудеральная растительность, скорость восстановительной сукцессии которой уменьшается на градиенте юг - север.

2. Динамика видов и сообществ на разных субстратах и уровнях отвалов определяется его возрастом.

3. На нарушенных территориях в зависимости от состава залегающих коренных пород и возраста отвалов создаются особые техногенные сукцессионные системы (ТСС) растительности.

4. Возможность ускорения процесса самозарастания отвалов при использовании азотных удобрений даже в наиболее благоприятных условиях Южной Якутии ограничена.

Научная новизна. Изучение растительности отвалов дает возможность установить временные ряды сукцессии в пределах, которых меняется видовой состав и структура техногенной растительности. Впервые выполнен эколого-фитоценотический анализ растительности промышленных отвалов Якутии с выделением новых единиц синтаксономии. Дана оценка самовосстановительного потенциала техногенной растительности. Обосновано новое понятие теории науки о растительности - техногенная сукцессионная система (ТСС) применительно для растительности Якутии. Получены первые результаты опытов по управлению восстановительными сукцессиями.

Практическая значимость. Выявленные закономерности сукцессионного процесса являются научной основой оценки современного состояния растительного покрова регионов при проведении экологической экспертизы нарушенных территорий, для разработки путей оптимизации антропогенной растительности техногенных ландшафтов и для организации экологического мониторинга. Данные исследований использовались при подготовке материалов для определения экологического статуса бассейна р. Вилюй (19941995), решении основных экологических проблем горного производства в

Арктической зоне Якутии (1991). На их основе по заказу Министерства промышленности PC (Я) составлены экологические экспертизы промышленных проектов (1994-1996), методические пособии по рекультивации земель, нарушенных при проведении геологоразведочных и горно-эксплуатационных работ в условиях Южной (1994 г.) и Западной (1995 г.) Якутии. Проведена экологическая экспертиза проектов по разработке новых месторождений алмазов "Ботуобуинское" и "Эбэляхское", проекта строительства Иреляхского нефтеперерабатывающего завода (г. Мирный). Материалы диссертации использованы для оценки ущерба оленьим пастбищам от золотодобывающих предприятий Южной Якутии, а также при подготовке материалов по составлению ОВОС Куранахского золотодобывающего комбината по заказу американской фирмы «ECHO BAY MINES"(1998). Полученные данные отражены в отчетах региональной научно-технической программы "Сибирь" за 1991 г., "Экологическая безопасность Республики Саха (Якутия)" за 1995-1996 гг. Они в дальнейшем могут быть научной основой при составлении "Рекомендаций по отводу отработанных земель на самозарастание" для добывающих предприятий.

Апробация работ. Работа выполнена в соответствии с планами НИР отдела наземных экосистем Института прикладной экологии Севера АН PC (Я).

Основные положения диссертации докладывались на 5-и международных (города Сыктывкар, Санкт-Петербург, Якутск), 6-ти российских (г. Красноярск, г. Пермь, г. Уфа) и республиканских (г. Якутск, г. Мирный, г. Нерюнгри) конференциях, симпозиумах и семинарах. Результаты исследований были доложены на заседаниях Башкирского (Уфа), Сибирского (Новосибирск) и Якутского отделениях РБО, на заседании кафедры ботаники БФ Башгосуниверситета, а также на научных семинарах Института прикладной экологии Севера АН PC (Я).

Публикации. Всего опубликовано 45 научных работ, в том числе 4 коллективные монографии. По теме диссертации - 27, в том числе 3 на иностранном.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов 2 приложений. Работа изложена на 247 страницах машинописного текста, иллюстрирована 23 рисунками и содержит 61 таблицу. Список литературы включает 364 наименований, в том числе 71 - иностранных.