close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1673.ФОРМИРОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА ОТВАЛАХ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СЕВЕРНОМ КАЗАХСТАНЕ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Л-зз^ез
Конысбаева Дамиля Туремуратовна
На правах рукописи
УДК 581+581.524.34+504.05:622
ФОРМИРОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА ОТВАЛАХ
ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В СЕВЕРНОМ КАЗАХСТАНЕ
03.00.05 -ботаника
'."•*-, Автореферат'
диссертации на соискание ученой степени
• JSC; кандидата биологических наук
Екатеринбург
2003
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена в Институте экологии растений и животных Уральского отделения
Российской Академии наук
Научный руководитель
академик РАН, заслуженный деятель науки РФ
доктор биологических наук, профессор
ГОРЧАКОВСКИЙ ПАВЕЛ ЛЕОНИДОВИЧ
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
КУЛАГИН АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ
доктор биологических наук, профессор
МАХНЕВ АФРИКАН КУЗЬМИЧ
Ведущая организация
Уральский государственный педагогический университет
Защита диссертации состоится "х ? " Лб£& 2003 года ъ/3_ часов на заседании
Диссертационного совета Д 004.005.01 в Институте эколсчи растений и животных УрО
РАН по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202.
С диссертацией мо*
животных УрО РАН
Автореферат р
Ученый секретарь
Диссертационного о
кандидат биологиче*.
F
'~*о *- ill „гггута экологии растений и
•г- J t - »
Нифонтова.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
проблемы.
Современный
период
развития
производства
характеризуется интенсивным проникновением человека в структуру и функции
биосферы. Один из результатов его преобразующего влияния заключается в том, что на
месте естественного природного ландшафта возникает ландшафт техногенный. Его
наиболее распространенным типом служит карьерно-отвальный, свойственный району
открытой и подземной добычи полезных ископаемых. Во всех странах мира при
извлечении из недр полезных ископаемых стремительно увеличиваются бесплодные
территории (bad lands), которые оказывают губительное действие на окружающие
сельскохозяйственные и лесные угодья.
Непосредственное влияние хозяйственной деятельности человека на любой из
компонентов окружающей среды влечет за собой и изменение остальных факторов. При
добыче полезных ископаемых изменяются рельеф местности и почвенные условия,
прежде всего уничтожается плодородный слой почвы, изменяются растительный и
животный мир, микроклимат, состав атмосферного воздуха. Нарушенные земли часто
являются источником загрязнения окружающей среды. Большим разрушительным
действием обладают отвалы промышленных предприятий, занимающие в ряде районов
значительные территории. Как правило, под ними погребены площади, которые ранее
использовались в народном хозяйстве.
В степной зоне Казахстана можно выделить несколько типов антропогенных
факторов воздействия
на растительность -
сельскохозяйственные, техногенные,
рекреационные (Рачковская, Огарь, 1999). В настоящее время на территории Республики
Казахстан эксплуатируется более 43 месторождений полезных ископаемых. При этом
нарушается растительный покров, создаются новые формы рельефа, (глубокие котловины,
карьеры, терриконы) и таким образом нарушается геологическая основа ландшафтов. В
структуре промышленного производства особое место занимает черная и цветная
металлургия. Эта отрасль образует крупные производственные территориальные
комплексы, долголетняя эксплуатация которых приводит к деградации растительного
покрова
на
больших
площадях.
При
этом
растительный
покров
полностью
трансформируется и представляет собой вторичные разреженные сообщества.
В
течение
последних
30-40
лет
в
районе
Соколово-Сарбайского
горнообогатительного комцинага в районе г. Рудного (Кос анайская область, Северный
ЦНБ МСХА
Казахстан) накопились про ,ЬИле.н?ВЙ^ДШьЬВ,тЗДбШ^6й'
ста
> возникшие в результате
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А
добычи железной руды. Эти отвалы находятся на разных стадиях естественного
зарастания. В 1982-1987 гг. научная группа Уральского государственного университета
под руководством Т.С. Чибрик и Э.Б. Тереховой проводила обследование этих отвалов с
«елью разработки методов их рекультивации. Рекультивационные работы были
проведены в опытном порядке на небольшой площади. Процессы формирования
растительности на этих отвалах оставались неизученными.
Цель исследования
Цель
исследования
состоит
в выявлении
закономерностей
формирования
растительного покрова на отвалах предприятий железорудной промышленности в
условиях степной зоны Северного Казахстана (на примере Сарбайского рудника).
Задачи исследования
1. Разработать классификацию отвалов в зависимости от минералогического состава,
физико-химических
свойств, степени токсичности
слагающих
их грунтосмесей,
пригодности их для произрастания растений.
2.
Выявить
состав
флоры,
формирующейся
на
отвалах,
соотношение
морфологических, ценотических, экологичесхих и географических групп видов.
3. Изучить стадии сукцессии растительности на отвалах, различных по свойствам
грунта; проследить изменения флористического состава, соотношения ценотических и
экологических групп растений на разных стадиях формирования растительного покрова.
4. Осуществить оценку результатов опытов по рекультивации отвалов, проведенных
в 1982-1987 гг.
Научная новизна и практическая значимость
Впервые получены данные о составе и особенностях флоры и растительности на
отвалах железорудной промышленности в условиях степной зоны Северного Казахстана.
Выявлены закономерности формирования фитоденозов на отвалах в зависимости от
возраста отвалов и состава грунта. На основании выполненного автором обследования
дана оценка результатов ранее осуществленных (1982-1987гг.) опытов по рекультивации
отвалов. Полученные данные могут быть использованы при планировании и
осуществлении
мероприятий
по
оздоровлению
окружающей
среды
в
районе
железорудных предприятий в Северном Казахстане.
Данные о составе флоры и динамике растительности на отвалах Сарбайского
рудника, а также собранный гербарий используются в учебной и научной работе кафедры
биологии Костанайского государственного университета им. А. Байтурсынова.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Флора отвалов железорудной промышленности представлена 208 видами
сосудистых растений, относящихся к 33 семействам и 118 родам. В ее состав входят
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
однолетников и одно-двулетников. В составе ценотических групп преобладают степные
виды, в экологическом спектре - ксерофиты. Весьма характерно значительное участие
сорных растений.
2. На благоприятном субстрате (четвертичные суглинки, неогеновые пески и супеси)
в ходе сукцессии формируются достаточно сомкнутые растительные сообщества, близкие
к зональному степному типу растительности, способные выполнять почвозащитную и
средоулучшаюшую функцию. В противоположность этому на неблагоприятном субстрате
(опоки и чеганские глины) сукцессии проходят крайне замедленно, в результате чего
формируются разреженные фитоценозы, почвозащитная и средоулучшающая функция
которых невелика.
3. Анализ раннее проведенных опытов по рекультивации показывает, что на
благоприятном субстрате (четвертичные суглинки, неогеновые пески и супеси) возможно
создание культурфитоценозов без дополнительных агротехнических мероприятий, а на
неблагоприятном субстрате (опоки и чеганские глины) - только при условии покрытия
поверхности слоем плодородной почвы, а в ряде случаев и внесения удобрений.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были доложены на
конференции «Современные проблемы популяционной, исторической и прикладкой
экологии» (Екатеринбург, 1998, 2001); на Всероссийской научной конференции «Развитие
идей академика С.С. Шварца в современной экологии» (Екатеринбург, 1999); на
конференции «Биосфера и человечество» (Екатеринбург, 2000); на Международном
совещании «Биологическая рекультивация нарушенных земель» (Екатеринбург, 2002).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов,
списка литературы. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит
16 таблиц и 21 рисунок. Библиография включает 142 наименований, в том числе 9
зарубежных источников.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТВАЛОВ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ
В данной главе дана общая характеристика проблемы закрепления растительностью
промышленных
отвалов
на
основании
результатов
исследований,
проведенных
отечественными и зарубежными авторами. При этом особое внимание уделено работам
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
коллектива, созданного и руководимого в течение ряда лет В.В. Тарчевским в Уральском
государственном университете.
ГЛАВА 2. РАЙОН, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Район и основные объекты исследования
Исследования проводили на территории Костанайской области в районе города
Рудный. Объектом исследования послужили отвалы находящегося здесь СоколовоСарбайского горно-обогатительного комбината.
Сарбайское месторождение железной руды разрабатывается открытым способом.
При проходе карьеров и подземных горных выработок огромные массы вмещающих и
вскрытых пород извлекаются на поверхность и складируются в отвалы. Наиболее
крупный из них - Северный отвал Сарбайского месторождения, занимает площадь около
2 тыс. га при максимальной высоте более 80 м.
Объектом наших исследований являются отвалы Сарбайского карьера, созданные на
месте высокопродуктивных в сельскохозяйственном отношении черноземных почв. Таких
отвалов на карьере сформировано несколько: Лиманный, Юго-Восточный, Северный,
Восточный, Юго-Западный. Состав отвалов примерно однороден, включает в себя как
рыхлые, так и скальные породы.
2.2. Характеристика грунтосмесей, образующих отвалы
Отвалы Соколовско-Сарбайского рудника слагаются смесью пород разного
геологического возраста.
Они чрезвычайно разнообразны по форме, рельефу, способам отсыпки, цвету,
физико-химическим
характеристикам,
а
следовательно,
по
пригодности
для
жизнедеятельности живых организмов, возможности их дальнейшего восстановления и
использования растительного покрова (Терехова, 1976, 5977, 1979; Терехова, Сандибеков,
1979).
Для отвалов характерны свои условия среды, которые предъявляют к растениям
более жесткие требования, чем в естественных условиях; произрастающие на них
растения должны быть не только засухо-, морозо- и жароустойчивые, но устойчивы также
и к эрозии почв, обнажению корней и засыпанию эрозионным материалом,
солеустойчивы.
Это обусловливает
ограниченность
видового состава, а также
мозаичность растительного покрова, естественно на отвалах в процессе сингенетических
сукцессии.
Среди имеющихся пород в карьере все грунтосмеси можно разделить по степени
плодородия на три группы:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
1. Потенциально плодородные (лессовидные четвертичные супеси и суглинки). Они
нейтральные или слабощелочные по реакции среды, содержат минимум элементов
питания и около 1% органического вещества, не засолены. По физико-механическим
свойствам аналогичны зональным почвам - южным супесчаным выщелоченным
черноземам.
2. Малоплодородные (меловые кварцевые и кварцево-глауконитовые пески). Имеют
нейтральную реакцию среды, содержат калий и фосфор в небольшом количестве,
около 0,5-0,6% органического вещества, не засолены.
3. Неплодородные, фитотоксичные (опоки, чеганские и лигнитовые глины мелового
возраста, некоторые глины древней коры выветривания). Они средне- и слабокислые,
имеют среднюю и высокую степень засоления, из элементов питания обеспечены
только фосфором. Содержащееся в них в ничтожных количествах органическое
вещество (углерод органического происхождения, но прошлых геологических
периодов) тесно связано с минеральной частью грунта и поэтому растениями
использоваться не может.
2.3. Особенности условий среды на отвалах
Отвалы отличаются от прилегающих их участков характером рельефа, свойствами
слагающего грунта, режимом увлажнения, содержанием доступных для растений
минеральных веществ.
Увлажнение субстрата на отвалах происходит в
основном за счет осадков, а
распределение влаги обуславливается механическим и минералогическим составом
слагающих грунтов (Димитровский, 1970). На отвалах Сарбайского рудника грунты
тяжелого механического состава (опоки, чеганские глины) Имеют достаточно высокую
влажность (от 10-40%) благодаря их водоудерживающей способности. В период
продолжительных засух, как, например, в 1998г., влажность опоки и чеганской глины
снизилась до 3-4%. Более легкие по механическому составу (глауконитовые и неогеновые
пески и супеси четвертичного возраста) приблизились по режиму влажности к зональным
супесчаным и суглинистым черноземам. Их влажность обычно не превышает 10%.
Рельеф и экспозиции отвалов приводят к перераспределению влаги на отвалах, влияя
тем самым на процесс зарастания. Особенно неблагоприятные условия складываются на
склонах южной экспозиции. Если влажность третичных фунтов (опоки) на северных
склонах равна 40%, то на откосах южных экспозиций она снижается до 10%. Северные
откосы отвалов имеют более мощный снежный покров (до 54 см в среднем, а местами
более 120 см). Откосы южной экспозиции в результате воздействия ветров южного и юго-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
западного направления в зимний период почти обнажены и в январе слой снега у
подножия всего 19-20 см.
2.4. Методика исследований и объем выполненных работ
Обследование и изучение отвалов Сарбайского рудника проводилось детально маршрутным
методом. Были проложены
следующие маршрутные ходы общей
протяженностью 15 км: 1) пос. Сарбай - Лиманный отвал; 2) Лиманный отвал - Северный
отвал, 3) пос. Сарбай-Юго-Восточный отвал. В результате исследований была сделана
предварительная классификация отвалов по характеру и особенностям их зарастания.
Более детальные исследования проводились по маршруту пос. Сарбай - Лиманный отвал и
Лиманный отвал - Северный отвал. В качестве дополнительных данных использованы
отчеты по Сарбайскому рудоуправлению (1990,1991,1999).
В ходе исследования выделялись наиболее типичные сообщества, находящиеся на
разных стадиях сукцессии. Всего было выделено и описано более 200 участков. По
маршруту от пос. Сарбай до Лиманного отвала было заложено 8 стационарных пробных
площадок размером 10x10 м, 6 временных пробных площадок 1x1 м, две трансекты на
разновозрастных насыпях, идущих от верхней части отвалов (15 м над уровнем не
затронутого антропогенными нарушениями субстрата) к их основанию. Остальная часть
площадок заложена по маршруту Сарбай - Юго-Восточный отвал. В общей сложности в
разных экспозициях на разных отвалах было заложено 80 пробных площадок и 14
трансект. Возраст отвалов определялся по маркшейдерским данным. На исследуемых
участках представлены отвалы 30, 25,15,10 и 5 - летнего возраста.
Описание растительности проводилось по стандартной геоботанической методике с
использованием рекомендаций А.А. Корчагина (1964), В.М. Понятовской (1964).
Динамика формирования фитоценозов изучалась на серии учетных площадок 10x10 м
(Понятовская, 1964). Площадки закладывали на разновозрастных, но однотипных по
свойствам грунтосмесей и микрорельефу участках.
Исследуемые объекты в каждом
случае характеризовали не менее чем пятью пробными площадками. На каждой пробной
площади делалось описание растительных сообществ, определялось обилие видов по
шкале Друде. Проективное покрытие определялось с использованием сетки Раменского
(1970). С учетом экологии и биологии видов выяснялись особенности их размещения
(Сукачев, 1915, 1928, 1950,1956, 1975; Грейг-Смит, 1967; Работное, 1972, 1983).
Выделение стадий сингенеза производилось на основе схемы, предложенной А.Г.
Вороновым, Л.Н. Тагуновой (1957) с уточнением Л.Я. Курочкиной и В.В. Вухрер (1987).
Наблюдения велись ежегодно в течение 1997 - 2000 гг. с апреля по сентябрь. Собран
гербарий (более 1000 листов), хранящийся в Костанайском госуниверситете. Часть
материала передана в гербарий Института экологии растений и животных УрО РАН.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
Кроме того, изучено состояние ранее рекультивированных участков. Для этого в
1999 - 2000 гг. вторично обследован Лиманный отвал Сарбайского рудника, работы на
котором были проведены в 1980-ые годы сотрудниками лаборатории промышленной
ботаники Уральского университета, под руководством Т.С. Чибрик. Сделаны описания
сформировавшихся культурфитоценозов, дана их геоботаническая характеристика с
использованием рекомендаций А.А. Корчагина (1964), В.М. Понятовской (1964). Выяснен
видовой состав деревьев, кустарников и травянистых растений, произрастающих на
отвалах и закрепившихся в результате опытных работ по рекультивации.
ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Географическое положение, геологическое строение и рельеф
Соколовско-Сарбайский
горнообогатительный
комбинат
располагается
на
территории Костанайской области Республики Казахстан в пределах Тургайского
прогиба, точнее в его северной части, на территории Тургайской равнины. В
геологическом строении Костанайской области участвуют структуры как уральского, так
и центрально-казахстанского происхождения.
Характерной особенностью рельефа Тургайской равнины является множество
больших и малых озерных котловин, степных блюдец и западин с осиново-березовыми
колками, реже удлиненных, весьма значительных по размерам, но неглубоких депрессий,
представляющих собой, по-видимому, следы древних ложбин стока. К этим депрессиям
приурочены крупные, частично пересыхающие озера. Увалы, чередующиеся с озерными
депрессиями, обладают весьма пологими склонами и плоскими очертаниями.
3.2. Гидрография
Речная сеть региона сформирована реками двух бассейнов - Иртышского (Тобол,
Ишим и их притоки) и бессточного Тургайского (Тургай с притоками).
3.3. Климат
Основные черты климата района исследования континентальность.
Малое
количество
осадков, сильная,
засушливость и резкая
возрастающая
к югу
засушливость, большая испаряемость, а также сильные ветры зимой, сдувающие снег с
полей, а весной и летом поднимающие пыльные бури, являются неблагоприятными
климатическими факторами региона. К благоприятным чертам климата следует отнести
большое число часов солнечного сияния и соответственно весьма значительный приток
солнечной энергии в течение года, а также сравнительно длинный безморозный период.
3.4. Почвы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
На территории Тургайского прогиба развиты следующие типы почв: черноземы
обыкновенные среднегумусовые, малогумусовые черноземы, темно-каштановые и
каштановые, светло-каштановые, бурые, солонцы и солончаки, луговые, песчаные.
3.5. Растительность
Растительность Тургайского прогиба находится в тесной зависимости от
климатических условий и развитых здесь почв. С севера на юг выделяется несколько
растительных зон: лесостепная, степная (с подзонами разнотравно - ковыльных,
красноковыльных и сухих ковылковых степей, а также разнозлаковых сухих степей),
полупустынная, пустынная (Борисова и др., 1957; Демченко, 1961).
ГЛАВА 4. ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ФЛОРЫ ОТВАЛОВ
Согласно результатам наших исследований с учетом литературных данных (Чибрик,
1990; Терехова, 1985; Конысбаева, 2003 б) и образцов, хранящихся в гербариях
Костанайского госуниверситета и Института экологии растений и животных УрО РАН,
флора сосудистых растений отвалов насчитывает 208 видов, относящихся к 33 семействам
и 118 родам.
4.1. Систематический список видов
Приводится систематический список сосудистых растений изученных биотопов с
указанием распространения видов, принадлежности к морфологическим, ценогическим и
экологическим группам, географическим элементам флоры.
4.2. Анализ флоры
Полученные данные о соотношении морфологических групп свидетельствуют о
том, что во флоре отвалов Сарбайского рудника преобладают травянистые многолетники
(119 видов, 57%), а также велика роль однолетников (44 вида, 21%), и одно-двулетников
(23 вида, 11 %). В совокупности на долю травянистых растений приходится 186 видов, или
89% флоры. Доля однолетников и одно-двулетников во флоре отвалов (67 видов, 32%)
значительно больше, чем в целом для Тургайского прогиба (23,4%). Это объясняется тем,
что одно- и одно-двулетники продуцируют большое количество семян, способных быстро
заселять обнаженный субстрат и давать плодовитое потомство.
Роль полукустарников (например, Kochia prostrata, Limonium gmelinii и др.),
полукустарничков (например, Onosma simplicissima, Thymus marschallicmus и др.), а также
кустарников (Genista tinctoria, Elaeagnus angustifolia и др.) и деревьев (Betula pendula,
Acer negundo) в составе флоры невелика.
Из ценотических групп доминирующее положение в составе флоры занимает
степная (26%), а также лугово-степная (18%). К этим группам примыкает и степно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
луговая (7%). Таким образом, на долю растений ксероморфного типа приходится (51%)
всех присутствующих видов.
Примечательна также высокая доля сорных растений (59 видов, 28%). Среди них
преобладают представители семейств Chenopodiaceae (Chenopodium album, Chenopodium
urbicum, Atriplex nitens и др.), Brassiacaceae (Capsclla bursa-pastoris, Descurainia sophia,
Lepidium ruderale и др.), Boraginaceae (Lappula echinata, Nonea pulla, Hyoscyamus niger и
др.), Poligonaceae (Poligonum aviculare и др.) Vrticaceae (Urtica dioica), Asteraceae
{Artemisia absinthium, Crepis tectorum, Erigeron canadensis и др.).
В экологическом спектре флоры отвалов преобладают представители ксероморфных
групп: ксерофиты (39 видов, 18,8%), мезоксерофиты (57 видов, 27%) и ксеромезофиты (44
видов, 21%); в совокупности на их долю приходится 140 видов, или 66,8%. Второе по
значению место занимают мезофиты (50 видов, 24%). Присутствие галофитов (Salsola
collina, Limonium gmelinii, Saussurea salsa и др.) - всего 8 видов, или 3,8% - объясняется
повышенным содержанием минеральных солей в субстрате на некоторых участках
отвалов, а присутствие ряда псаммофитов (Isatis tinctoria, Anisantha tectorum и др.) - всего
4 вида, или 1,9% - подверженностью некоторых участков отвалов ветровой эрозии. Доля
других экологических групп
флористического
состава
в спектре флоры отвалов незначительна. В сложении
отвалов
Сарбайского
рудника
участвуют
виды
27
географических элементов. Выделенные элементы объединены в 4 группы ареалов:
бореальную, степную, пустынную и космополитную.
ГЛАВА 5. ЕСТЕСТВЕННОЕ ЗАРАСТАНИЕ ОТВАЛОВ
5.1.
Формирование
растительности
на
благоприятном
субстрате
(четвертичные суглинки, неогеновые пески и супеси)
Ход естественного зарастания благоприятного субстрата можно подразделить на
четыре стадии.
На I стадии общее проективное покрытие составляет 10-25 %, число видов 55. В
ценотическом спектре наблюдается явное преобладание степных (14 видов) и луговостепных (9 видов) растений, что составляет 48 % от общего числа видов. Весьма
значительно представлена группа сорных растений (20 видов, или 36,3 % от общего
видового состава). Характерно присутствие пустынно-степных и степно-пустынных
растений, хотя на их долю приходится лишь небольшое число видов.
Анализ
экологического
спектра
свидетельствует
о
явном
преобладании
ксероморфных растений - ксерофитов (12 видов), мезоксерофитов (18 видов) и
ксеромезофитов (10 видов). Всего на долю ксероморфных растений приходится 40 видов,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
т.е. 72,2 % от общего видового состава. Особо следует отметить незначительное
присутствие галофитов и псаммофитов (по одному виду).
Переход ко II стадии сукцессии сопровождается увеличением проективного
покрытия до 30-50 %; общее число видов возрастает до 65. Изменение в соотношении
ведущих семейств выражается в том, что в их первой триаде, после семейств Asteraceae
(13 видов) и Роасеае (10 видов), на третье место выступает семейство Fabaceae (8 видов).
Кроме того, отмечено незначительное увеличение числа видов в семействе Brassicaceae
(4). Как и на предыдущей стадии, в ценотическом спектре сохраняется преобладание
степных и лугово-степных растений. Число пустынно-степных видов остается на прежнем
уровне, а степно-пустынных возрастает до двух видов.
Соотношение экологических групп по сравнению с предыдущей стадией изменяется
незначительно. Однако следует обратить внимание на некоторую, хотя и не очень
существенную, мезофитизацию, что выражается в увеличении числа мезофитов (до 15
видов) и появлении мезогигрофитов (1 вид).
Изменения, происходящие на III стадии сукцессии, проявляются прежде всего в
возрастании сомкнутости травяного покрова до 50-70 %. Число видов увеличивается до
67. Спектр ведущих семейств остается приблизительно на прежнем уровне. Число видов,
относящихся к степной, лугово-степной и степно-луговой ценотическим группам,
остается почти без изменения. Однако весьма характерно появление, хотя и в небольшом
количестве, лесных, лесо-луговых, болотно-луговых видов, что свидетельствует о
некоторой мезофитизации травяного покрова. Это в равной степени касается соотношений
экологических групп. Число видов, относящихся к ксероморфным группам, остается на
прежнем уровне, зато увеличивается число мезофитов.
IV стадия сукцессии характеризуется формированием сомкнутого травяного
покрова; проективное покрытие достигает 70-90 %. Существенных изменений в спектре ведущих семейств не происходит. Число видов несколько уменьшается (до 62).
Соотношение ценотических групп сохраняется приблизительно на прежнем уровне,
но выпадают из состава травяного покрова некоторые сорные виды, что и вызывает
главным образом уменьшение общего видового состава.
Изменения, происходящие в соотношении экологических групп, проявляются в
выпадении галофитов,
некоторых ксерофитов и мезоксерофитов. Уменьшается доля
сорных растений. В конечном счете на IV стадии сукцессии формируется растительный
покров, сходный по своему составу и структуре с растительностью, характерной для
прилегающих к карьеру естественных степных фитоценозов. Происходят изменения в
составе доминантных видов и видов с высокими оценками обилия. В конечном счете на
этой стадии сукцессии господство переходят к полыням Artemisia austriaca, A.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
dracunculus. вейнику Calamagrostis epigeios, типчаку Festuca valesiaca, ковылю Stipa
capillata и ряду представителей разнотравья.
5.2. Формирование растительности на неблагоприятном субстрате (опоки и
чеганские глины)
На этом типе субстрата можно выделить три стадии сукцессии.
I стадия характеризуется низким проективным покрытием (5-15 %); значительная
часть поверхности субстрата оголена. На вершинах гряд («взлобки») наблюдается
ветровая эрозия. Общее число видов 23. Преобладающие ценотические группы - степная
(8 видов) и сорная (10 видов); участие остальных ценотических групп незначительно.
В экологическом спектре наблюдается явное преобладание ксероморфных растений
- ксерофитов (8 видов), мезоксерофитов (б видов) и ксеромезофитов (4 вида). В
совокупности они составляют 78,3 % от общего числа видов на этой стадии. Характерно
присутствие небольшого числа галофитов (1 вид).
При переходе ко II стадии общее проективное покрытие возрастает до 15-30 %,
число видов увеличивается до 32. Спектр ведущих семейств несколько изменяется, в
первую триаду входят Asteraceae (10 видов), Роасеае (5) и Fabaceae (3). Возрастает число
видов в семействе Brassicaceae (2).
В ценотическом спектре изменения происходят за счет возрастания числа степных
растений (10 видов) и сорных (13 видов). В составе флоры появляются два луговостепных вида, отсутствовавших на предыдущих стадиях сукцессии, и по одному виду - в
степно-луговой и луговой ценотических группах.
В экологическом спектре изменения проявляются в форме существенного
увеличения числа мезоксерофитов (до 11 видов) и ксеромезофитов (до 7 видов). В
остальных группах изменения отсутствуют или несущественны.
На III стадии сукцессии общее проективное покрытие увеличивается до 30-60 %,
хотя в целом растительный покров остается слабосомкнутым. В спектре ведущих
семейств прослеживается незначительное увеличение числа видов из семейства
Asteraceae. Общее число видов 33. Существенного изменения соотношения ценотических
групп на этой стадии сукцессии не наблюдается. Это в равной степени касается и
соотношения экологических групп.
5.3. Общие замечания
Возможность поселения растений на отвалах зависит от климата, положения в
рельефе, физических и химических свойств субстрата. Рано или поздно оголенный
участок субстрата, благодаря стремлению к воспроизведению, или «растеканию жизни»
по В.И. Вернадскому, подвергается зарастанию. Этот процесс начинается с пионерной
стадии. Состав пионерных группировок растений зависит от комплекса абиотических
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
факторов субстрата, а также от флоры соседствующих с данным экотопом участков, от
ряда
экологических
факторов.
Пионерные
группировки
растений
на
отвалах
железорудных предприятий состоят в основном из сорных растений, среди которых
преобладают однолетники и одно-двулетники. При попадании зачатков растений на
оголенный субстрат отвалов происходит жесткий отбор видов.
Существует определенная зависимость флоры отвалов от флоры окружающих
участков. Однако многие виды из соседствующих с отвалами фитоценозов не способны
занять свободные участки. Поэтому среди видов, формирующих фитоценозы на отвалах,
значительна роль пришлых растений, чуждых местной флоре, но способных выжить и
расти в новых климатических условиях и на новом субстрате. Наличие их расширяет
возможность поселения на нем видов, различных по экологическим свойствам. Однако
условия среды на зарастающих участках далеко не одинаково благоприятны для всех
растений. Поэтому происходит жесткий экотопический отбор: всходы одних растений
отмирают сразу, другие приживаются, но остаются в угнетенном состоянии, растения не
цветут, не размножаются. В дальнейшем на техногенных субстратах появляются и
выживают растения, имеющие ряд преимуществ: обильное плодоношение, летучесть
плодов и семян, способность к вегетативному размножению, высокая всхожесть семян,
хорошо развитая корневая система, устойчивость против вредителей.
В ходе сукцессии на отвалах уменьшается доля сорняков, однолетних и однодвулетних видов, доминирующих на ранних стадиях зарастания.
На более продвинутых стадиях сукцессии основная ценообразующая роль
принадлежит ксерофитам и мезофитам. Увеличивается доля злаковых. Около 70% всех
видов принадлежит к зональной растительности.
ГЛАВА 6. АНАЛИЗ ОПЫТНЫХ РАБОТ ПО РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТВАЛОВ
Пользуясь маркшейдерскими данными, нами в 1999 - 2000 гг. было проведено
обследование участков Лиманного отвала, где в 1980-е годы группой Т.С. Чибрик и Э.Б.
Тереховой велись рекультивационные работы (рис. 6.1). Эти участки выделяются на
общем фоне растительного покрова большим разнообразием видов, присутствием ряда
культивируемых растений, некоторые из которых отличаются высоким обилием.
Наблюдения велись на четырех опытных участках в двух вариантах: / - где проводились
дополнительные агротехнические мероприятия и
II
-
без дополнительных
агротехнических мероприятий.
По всем исследуемым участкам можно отметить одну общую черту: посаженные в
процессе агротехнических мероприятий у подножия отвалов кустарники (Caragana frutex,
Ribes diacantha, Rosa cinnamomea, R. spinosissima, Spiraea crenata) выпали из состава
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15
1
Покрытие слоем почвы
Б
v
Участок № 1
Четвертичные
и неогеновые
пески.
Без покрытия почвы
V
V
V
Б Б
Б
V
v
О Л Б
V
V
Б
V
V
О
V
о
V
V
Участок № 2
Четвертичные
лессовидные
суглинки.
О
V
V
Проект, покрыт. 70-80%
Проект, покрыт. 45-50%
Внесение удобрений NPK
w
Б ОО v v
О
v
Б Б Б v v v
Без удобрений
Л
V
vv v О О v v
V V V
v vv
Б
v Б vvv
V
Б
О
V
V
V
Б
V
Б
О
Л
V
V
V
О
V
о
о
,
vv v
Проект, покрыт.85-90%
Проект, покрыт. 50-65%
Покрытие слоем почвы
Без покрытия почвы
Проект.покрыт. 40%
Проект, покрыт. 22-24%
Изоляц.слой супеси 100 см. +
покрытие слоем почвы 10 см.
Без изоляционного слоя
и покрытия почвой
Проект, покрыт. 30-35%
Проект, покрыт. 10-15%
Участок №3
Меловые
супеси.
Участок №4
Чеганские
глины.
Рис. 6.1.
Состояние опытных участков через 18-20 лет после проведения
рекультивации.
Варианты опытов: I - с проведением дополнительных агротехнических мероприятий
11 — без дополнительных агротехнических мероприятий
v -травянистые растения; древесные: Б - береза; кустарники: О - облепиха, Л - лох.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
сообщества. Наиболее приспособленными, и с высокой жизненностью в данных
условиях оказались облепиха крушиновидная Hippophae rhamnoides и лох узколистный
Elaeagnus angustifolia. Из травянистых растений наиболее приспособленными оказались
Festuca pseudovina, F. valesiaca, Koeleria cristata, Bromopsis inermis, Artemisia dracunculus,
A. marschalliana, Astragalus wolgensis, A. danicus, Vicia cracca, Medicago romanica, M.
falcata, Melilotus albus, M. officinalis, Linaria vulgaris, Thymus marschallianus, Calamagroslis
epigeios.
ВЫВОДЫ
1. Отвалы предприятий железорудной промышленности в Северном Казахстане
сложены комбинацией грунтов, различных по минералогическому составу, физикохимическим свойствам и степени токсичности.
Наличие в районе Соколово-Сарбайского горнообогатительного комбината отвалов,
разных по времени их формирования (5; 10; 15; 25; 30 - летнего возраста), дает
возможность выявить закономерности их естественного зарастания, а также оценить
результаты опытов по их рекультивации, проведенных в 1982-1987 гг.
2. Грунты, слагающие отвалы, по степени их пригодности для произрастания
растений могут быть подразделены на две большие категории: благоприятные
(четвертичные суглинки, неогеновые пески и супеси) и неблагоприятные (третичные
опоки и чеганские глины).
3. В степной зоне Северного Казахстана на поверхности отвалов создаются
специфические условия среды (малое количество осадков в период вегетации, резкие
колебания температуры, сильные ветры и суховеи, усиленный сток влаги с поверхности
субстрата и накопление ее в небольших понижениях и т. п.). Все это вызывает жесткий
экотопический отбор растений, поселяющихся на оголенном субстрате.
Формирование флоры отвалов происходит в результате заноса плодов и семян
растений, произрастающих на прилегающих к отвалу участках степи, а также в результате
расселения некоторых растений, культивируемых как в прилегающих населенных
пунктах, так и на самих отвалах.
4. Флору сосудистых растений отвалов Сарбайского рудника слагают 208 видов
сосудистых растений, относящихся к 33 семействам и 118 родам. Первую триаду семейств
составляют Asteraceae, Poaceae и Fabaceae, что характерно для аридных районов. Среди
морфологических
групп
растений,
составляющих
флору
отвалов,
преобладают
травянистые многолетники (119 видов, или 57%), а также однолетники и одно-двулетники
(67 видов, или 32%). Кроме того, присутствуют деревья (2 вида), кустарники (6 видов),
полукустарники (9 видов) и полукустарнички (5 видов).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
Среди цекотических групп преобладают степные растения (53 вида, или 26%), а
также лугово-степные и степно-луговые (52 вида, или 25%). Весьма характерно
присутствие большого числа сорных растений (59 видов, или 28%). Заслуживает
внимания присутствие, хотя и в небольшом количестве, пустынно-степных и степнопустынных растений. В экологическом спектре флоры отвалов преобладают ксерофиты
(39 видов, 18,8%), мезоксерофиты (5? видов, или 27%) и ксеромезофиты (44 вида, или
21%). Характерно присутствие в небольшом количестве галофитов и псаммофитов.
5. В ходе исследования выявлены существенные различия процесса естественного
зарастания отвалов в зависимости от состава грунта. На благоприятном субстрате
(четвертичные суглинки, неогеновые пески и супеси) выявлены четыре стадии сукцессии.
В ходе сукцессии формируется сомкнутый травяной покров (проективное покрытие 7090%) с преобладанием Artemisia auslriaca, A. dracvnculus, Festuca valesiaca, Stipa capillala
и ряда представителей разнотравья. По своему составу и характеру растительный покров
на ГУстадии сукцессии приближается к растительности прилегающих к отвалу степных
участков.
6. На неблагоприятном субстрате (опоки и чеганские глины) естественное
зарастание отвалов происходит более замедленными темпами. Выявлены три стадии
сукцессии, причем на III стадии формируется бедный по видовому составу растительный
покров (33 вида) с низким проективным покрытием; в его составе велика доля сорных
растений (14 видов); преобладающие и наиболее характерные виды Artemisia dracunculus,
A. absinthium, Polygonum aviculare.
7. Результаты исследования показывают, что в ходе естественного зарастания на
благоприятном субстрате формируются достаточно сомкнутые растительные сообщества,
способные
закреплять
субстрат
и
выполняющие
важную
почвозащитную
и
средоулучшающую функции. В противоположность этому на неблагоприятном субстрате
формирование растительности происходит крайне замедленно, причем образуются
разреженные сообщества с большим участием сорных видов, неспособных закреплять
субстрат, а их средоулучшающая способность крайне невелика.
8. Анализ результатов опытных работ по рекультивации отвалов, проведенных в
1982-1987 гг., показал, что на благоприятном субстрате создание культурфитоценозов
возможно путем посева травянистых растений, а также посадки деревьев и кустарников
без дополнительных агротехнических мероприятий. На неблагоприятном субстрате
создание культурфитоценозов возможно только при условии покрытия поверхности
субстрата почвенным плодородным слоем, а также в раде случаев - при условии внесения
минеральных удобрений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
9. По истечении приблизительно 20 лет после проведения работ по рекультивации на
отвалах выжили и сформировали относительно сомкнутые растительные группировки
следующие виды травянистых растений: полыни
Artemisia austriaca, A. frigida, A.
marschalliana; типчак Festuca valesiaca; астрагалы Astragalus wolgensis, A. onobrychis, A.
danicus; клевер Trifolium pratense; люцерна Medicago falcata; донники Melilotus albus, M.
officinalis. Из древесных растений наиболее пригодными для закрепления отвалов
оказались облепиха крушиновидная Hippophae rhamnoides и лох узколистный Elaeagnus
angustifolia. Кроме того, на отвалах естественным путем расселилась с высокими
показателями жизненности береза повислая Betula pendula, зачатки которой заносятся на
отвалы ветром из ближайших населенных пунктов.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.
Конысбаева
Д.Т.
Естественное
зарастание
отвалов
предприятий
железодобывающей промышленности в Северном Казахстане // Современные проблемы
популяционной, исторической и прикладной экологии. Материалы конф. Екатеринбург:
Из-во «Екатеринбург», 1998.-С. 180-184.
2. Конысбаева Д.Т. Сукцессии растительности на техногенных субстратах
предприятий железодобывающей промышленности Северного Казахстана // Развитие
идей академика С.С. Шварца в современной экологии. Материалы Всероссийской науч.
конф. Екатеринбург, 1999. - С. 219-224.
3. Конысбаева Д.Т. Изменение соотношения ценотических и экологических групп
растений в ходе самозарастания отвалов Сарбайского рудника // Современные проблемы
популяционной, исторической и прикладной экологии. Материалы конф. Екатеринбург,
2001. С. 108-110.
4. Конысбаева Д.Т. Влияние субстрата промышленных отвалов на формирование
растительности // Вестник науки КГУ им. Байтурсынова. Костанай, 2002. - С. 152 - 158.
5. Конысбаева Д.Т. Естественное зарастание отвалов предприятий железорудной
промышленности в Северном Казахстане // Биологическая рекультивация нарушенных
земель. Материалы Междунар. совещ. 3- -7 июня 2002 г. Екатеринбург: Из-во УрО РАН,
2003.-С. 141-149.
6. Конысбаева Д.Т. Флора промышленных отвалов Сарбайского рудника. Костанай:
Из-во Костанайского гос. ун-та, 2003. - 30 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подписано в печать 14.04.03. Формат 60x84/16. Усл.печ.л. 1,0
Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ №
Копировальный центр ООО «ЦМИК»
г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 137, тел. 56-08-26
Свидетельство о регистрации № 05162 серия 1-ЛИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа