Содержание к диссертации
Введение
Часть I Анализ состояния изученности проблемы, мест и условий проведения исследований
Глава 1 Анализ состояния изученности проблемы 16
Раздел 1.1 Техногенез и трансформация биологических ресурсов 16
Раздел 1.2 Растительные сообщества и их трансформация под воздействием антропогенных факторов
Раздел 1.3 Трансформация биоресурсного потенциала агрофитоценозов при переходе их в залежь
Раздел 1.4 Восстановление биологических ресурсов техногенных ландшафтов
Раздел 1.5 Биологический ресурс растительных сообществ урбанизи- о 7
рованных территорий
Раздел 1.6 Формирование почв на антропогенно-нарушенных землях 43
Глава 2 Физико-географические условия мест проведения исследований
Раздел 2А Рельеф 51
Раздел 2.2 Климат 54
Раздел 2.3 Почвы 57
Раздел 2.4 Растительность 58
Глава 3 Объекты и методы исследований 66
Раздел 3 Л Объекты исследований 66
Раздел 3.2 Методы исследований 71
Часть II Результаты исследований и их обсуждение 77
Глава 4 Формирование растительных сообществ на залежных землях
Раздел 4.1 Изучение динамики изменения видового состава фитоценозов на залежах Раздел
4.2 Развитие растительного сообщества на залежах в зависимости от вида антропогенного воздействия
4.2.1 Результаты исследования залежей категории I (бывшие о-, пашни)
А.2.2 Результаты исследования залежей категории II (бывшие сенокосы и пастбища)
А.2.3 Результаты исследования залежей, которые периодически д выгорают (категория III)
Раздел 4.3 Формирование на залежах сообществ луговых травянистых Q растений на разных этапах их развития
4.3.1 Заселение залежей на первом (начальном) этапе
A3.2 Второй этап заселения залежных земель
4.3.3 Стабилизация растительного сообщества на залежах
Раздел 4.4 Экологические характеристики растений, заселяющих залежи
АЛЛ Распределение растений по фитоценотическим группам и формирование внешнего вида фитоценозов залежей
4.4.2 Флуктуационные изменения в растительных сообществах залежей
4.4.3 Распределение видов растений по экологическим группам отношения к увлажнению
АЛЛ Приуроченность видов к разным типам растительности
4.4.5 Характер произрастания отдельных видов
Раздел 4.5 Заселение залежей древесными и кустарниковыми растениями
Раздел 4.6 Трансформация почв на залежных землях
Потенциал биологические ресурсов залежных земель южной сельскохозяйственной зоны Амурской области
Лекарственные растения залежных земель
Растения, которые могут быть использованы официнальной медициной
Растения, которые могут представлять интерес для научной медицины Китая
Растения, которые находят применений в народной медицине
Биологические ресурсы растительности залежных земель, представляющие интерес для сохранения биологического
Глава 5 Оценка возможности самовосстановления биологических ресурсов техногенно-нарушенных ландшафтов
Раздел 5.1 Самовосстановление растительности и почв на участках дражной добычи золота
5.1.1 Результаты исследования участков дражной добычи золота
Раздел 5.2 Восстановление растительности в карьерах
5.2.1 Результаты исследования карьеров в зоне строительства л БАМ Раздел
5.3 Оценка биоресурсного потенциала техногенных ландшафтов в южно-таежной зоне Амурской области
Глава 6 Оценка потенциала биологических ресурсов урбанизированной территории
Раздел 6.1 Дендрологический состав растительных сообществ селитебно-промышленной зоны города Благовещенска
$6.1.1 Результаты исследования уличных аллей 180
$6.1.2 Интродуценты в дендрологическом составе городских по- io садок
$6.1.3 Результаты исследования объектов садово-паркового на- іо значения Раздел
6.2 Травянистая растительность в фитоценозах урбанизированной территории Раздел
6.3 Плотность зеленых насаждений селитебно-промышленной обзоны города Благовещенска
Раздел 6. Результаты изучения почвенных структур на урбанизированной территории города Благовещенска
Раздел 6.5 Оценка возможности использования существующих биологических ресурсов древесных растений урбанизированной
6.5.1 Результаты оценки тополевых насаждений в городе 213
6.5.2 Результаты оценки насаждений вяза и клена в городе 217
6.5.3 Экологическая роль березовых насаждений урбанизированных ландшафтов
6.5.4 Представители семейства Маслиновых в городских посадках
6.5.5 Хвойные породы в городских зеленых насаждениях 223
6.5.6 Древесные и кустарниковые растения, имеющие декора- о тивную ценность Раздел 6.6 Оценка травянистой растительности зеленых насаждений - как биологического ресурса
6.6.1 Растения пригодные для создания культурных (сеяных) газонов
6.6.2 Травы декоративно-цветочного направления 232
Заключение и выводы 241
Список литературы 246
- Трансформация биоресурсного потенциала агрофитоценозов при переходе их в залежь
- Климат
- Развитие растительного сообщества на залежах в зависимости от вида антропогенного воздействия
- Оценка биоресурсного потенциала техногенных ландшафтов в южно-таежной зоне Амурской области
Введение к работе
Актуальность
Реальностью современного состояния биосферы является экологический кризис. Антропогенное воздействие на природную среду, ухудшение её состояния и расширение территорий, подвергнутых урбанизации, стало характерной особенностью эпохи.
Несколько десятков тысяч лет назад человек эволюционно встраивался в ландшафты, как и прочие представители животного царства, сотрудничая с природой, не создавая ничего опасного как для нее, так и для самого себя. Впоследствии, овладев огромными пространствами, вовлекая в свой хозяйственный оборот различные виды природных ресурсов, сооружая массивы жилых и производственных зданий, сети дорог и продуктопроводов, человек существенно изменил (антропогенизировал) природную среду, в ряде мест придав ей свойства, в целом неблагоприятные и для самого себя [Миларт, 1982; Кочуров, 2003]. Стремительный прогресс науки и техники дал в руки человечества огромные силы воздействия на окружающую среду. Направленные на благо человечества, эти силы одновременно приводят к ухудшению условий жизни самого человека. Человек вместе с его потребностями (техногенными по своей природе) часто выступает фактором геологической эволюции на стадии техногенеза [Садовский, Низкий, 2007; Кузык, Яковец, 2006].
Беспощадная эксплуатация природных ресурсов в итоге привела к их резкому сокращению. Человечество пришло к осознанию того, что возможности окружающей среды в отношении количества биологических ресурсов и жизненного пространства взаимосвязаны и ограничены. Грозную опасность представляет на-рушенность экосистем, достигающая более 2/3 в мире и 1/3 в России [Данилов-Данильян, Розенталь, 2009]. Речь идет о нарушении функционирования природных сообществ живых организмов, совокупная деятельность которых обеспечивает саму возможность существования жизни как глобального явления. Антропогенное влияние на всю взаимосвязанную совокупность живых существ представляет собой фундаментальную опасность, поскольку оно не прекращается даже в условиях устранения прямых форм ухудшения среды [Щекина и др, 2011].
Антропогенно нарушенные земли являются прямым следствием не только техногенеза как такового, но и просто результатом жизни человека. Примером являются урбанизированные территории городов с развитой промышленностью и коммуникациями, техногенные ландшафты карьеров, отвалов, свалок, а также земли сельскохозяйственного использования [Подгорная, Росликова, 1999; Валова, 2007].
Природные экосистемы Приамурья всего за 150 с небольшим лет освоения русскими этих территорий подверглись сильному и многоплановому антропогенному воздействию, приведшему к негативным последствиям для биотических комплексов и образованию большого количества антропогенно нарушенных земель [Воронов, 1980]. В состоянии коренной перестройки оказались как водные экосистемы, так и экосистемы суши. Сократилась численность характерных для
региона видов растений и животных и их сообществ, а в ряде случаев они оказались на грани исчезновения или уже исчезли из биоты региона.
В Амурской области более 100 лет разрабатываются золотоносные россыпи, велось строительство Байкало-Амурской магистрали (БАМ) и автомобильной дороги Чита-Хабаровск, проложена нефтепроводная система. Вдоль этих объектов открыто большое количество карьеров, которые предназначены для выемки грунта. Отвалы дражной добычи золота и строительные карьеры являются неотъемлемым элементом современного техногенного ландшафта [Амурская область ... , 2001]. Самый крупный населенный пункт в Амурской области - город Благовещенск. Как и другие города, это еще один из элементов антропогенно нарушенных земель. Урбанизированная территория по существу является трансформированным экокомплексом, где естественная среда обитания замещается антропогенным аналогом [Ковязин, 2008]. Существенная часть экосистем региона оказалась вовлеченной в сельскохозяйственное производство и постоянно находится под воздействием опосредованного влияния со стороны человека. В результате огромные территории превратились в так называемые агроценозы - земли, на которых естественные растительные сообщества заменены насаждениями сельскохозяйственных растений, а почвы потеряли свою естественную генетическую структуру. Эти земли после прекращения их использования становятся залежами. В настоящее время в Амурской области таких земель насчитывается порядка 1 млн. га. [Системаземледелия ... ,2003].
Экосистемы антропогенно нарушенных земель на протяжении всего периода их освоения и особенно после прекращения хозяйственной деятельности стремятся вернуть себе первоначальный вид [Авилова, 2000]. Однако восстановление экосистем в регионе затруднено. Главными ограничивающими факторами являются дефицит тепла и пожары, периодически охватывающие в пределах региона огромные пространства. Ежегодно в Приамурье в среднем случается около 1500 лесных и луговых пожаров, которыми охватываются в среднем от 800 тысяч до нескольких миллионов га [Воронов, электронный ресурс, 2013].
Антропогенно нарушенные ландшафты в результате хозяйственной деятельности утрачивают присущий естественным природным образованиям биоресурсный потенциал. Сельскохозяйственные земли, предназначенные для производства продовольствия, после прекращения их использования превращаются в залежи. Восстановление растительных сообществ на этих землях не изучено. Биологические ресурсы залежей не исследованы и не оценены. Участки природной среды техногенных ландшафтов превращаются в безжизненные, изуродованные пространства, совершенно лишенные растительности. Возможность и длительность самовосстановления биологических ресурсов таких территорий не выяснена. Рекультивации не проводится. Урбанизированные территории заселяются культурными насаждениями, состояние и структура которых не соответствуют их назначению. Роль растительности на селитебных землях как биологического ресурса до конца не оценена. Изучение процессов восстановления и определение перспектив использования биологических ресурсов антропогенно нарушенных ландшафтов в Приамурье востребовано и актуально.
Цель исследования:
В антропогенно нарушенных ландшафтах Приамурья установить закономерности восстановления растительных сообществ, определить возможности формирования потенциала биологических ресурсов и дать оценку перспектив их использования. Задачи исследования:
-
изучить в южной сельскохозяйственной зоне Приамурья процессы самовосстановления растительности на залежных землях;
-
выявить этапы и динамику развития вторичной сукцессии агрофитоценозов на залежах;
-
классифицировать залежные земли по категориям;
-
изучить эколого-фитоценотические характеристики растительности, заселяющей залежные земли;
-
определить факторы и условия, препятствующие восстановлению растительных сообществ на залежах;
-
оценить потенциал биологических ресурсов залежных земель;
-
изучить первичную сукцессию растительных сообществ техногенных ландшафтов в зоне южной тайги Приамурья;
-
установить закономерности формирования фитоценозов зонального типа в техногенных ландшафтах, выявив факторы и условия препятствующие этому;
-
оценить потенциал биологических ресурсов растительности, заселяющей техногенные ландшафты в местах проведения дражной добычи золота и строительства железной дороги БАМ;
-
изучить особенности, состав, структуру и декоративные свойства культурных растительных сообществ урбанизированной территории;
-
дать оценку способности растительности ландшафтов урбанизации соответствовать биологическому ресурсу, необходимому для создания комфортных условий проживания;
12) выяснить перспективу использования произрастающих на территории города
растений как источника адаптированного и акклиматизированного ассорти
мента деревьев, кустарников и трав, необходимого для создания биоресурсно
го потенциала ландшафта урбанизации.
Научная новизна
1. Впервые, для южной сельскохозяйственной зоны Приамурья установ-
лены этапы развития растительных сообществ на залежных землях. Предложена классификация таких земель. Установлены закономерности формирования на залежах луговых фитоценозов. Выявлены факторы, ограничивающие развитие вторичной сукцессии агрофитоценозов. Среди растений, заселяющих залежи, выявлены виды, находящиеся в списках лекарственных, применяемых для производства лекарств в медицинской промышленности России и Китая. Установлены растения, представляющие интерес, как ресурс сохранения видового богатства территории.
-
Впервые, в местах проведения дражной добычи золота в зоне елово-пихтовых лесов южной тайги на севере Амурской области исследованы закономерности первичной сукцессии самовосстановления растительного сообщества. Установлено, что к 70-и годам развития первичной сукцессии на дражных отвалах растительное сообщество не соответствует зональному типу. Доказано, что сложная структура рельефа, создаваемого при разработке карьеров в зоне лиственич-ных лесов, препятствует самовосстановлению растительности. Предложено считать биологические ресурсы техногенных ландшафтов в зоне елово- пихтовых и лиственничных лесов Приамурья временно утраченными. Установлена возможность частичного использования биологических ресурсов территории за счет лиственных деревьев, кустарников и трав, пригодных для целей собирательства, селекции декоративных культур и применения в народной медицине.
-
Впервые, предложено считать растительность, произрастающую в ландшафтах урбанизации, биологическим ресурсом, необходимым для создания комфортных условий проживания людей. Исследована способность зеленых насаждений города Благовещенска соответствовать этому ресурсу. Оценена перспектива использования произрастающих на территории города растений как источника формирования адаптированного и акклиматизированного ассортимента, необходимого для создания культурных растительных сообществ. При этом среди древесных растений установлены виды, имеющие хорошие перспективы использования в зеленом строительстве, среди травянистых растений виды, пригодные для создания сеяных газонов.
Положения, выносимые на защиту
1. Вопреки существующему мнению, что земли сельскохозяйственного назначения после прекращения их использования зарастают сорной, не имеющей практической ценности растительностью установлено, что на залежах в южной сельскохозяйственной зоне Приамурья произрастают растения, которые могут быть использованы для производства лекарств в официальной и в народной медицинах России и Китая. На залежных землях произрастают редкие и исчезающие виды растений, занесенные в региональную Красную книгу, которые представляют интерес как ресурс сохранения видового богатства территории,
Главным ограничивающим фактором формирования растительных сообществ на залежных землях является пирогенное воздействие - пожар, после которого самовосстановление растительности на залежах останавливается на самых первых этапах своего развития.
Установлены три этапа вторичной сукцессии на залежных землях, в результате которых при отсутствии пожаров через 15 лет формируются устойчивые фи-тоценозы зонального типа, богато представленные видовым разнообразием травянистых растений.
2. Вопреки существующему мнению, что растительность, уничтоженная
в результате техногенного воздействия, рано или поздно восстановится, установлено, что в условиях южной тайги Приамурья в местах проведения дражной добычи золота и разработки строительных карьеров восстановление фитоценозов
существенным образом затруднено. Главными ограничивающими факторами являются дефицит тепла, рельеф, сформированный в результате техногенного воздействия и практически полное отсутствие почв. В результате к 70-и годам развития первичной сукцессии самовосстановления на дражных отвалах растительное сообщество не соответствует зональному типу елово-пихтовых лесов, а представлено деревьями и кустарниками лиственных пород. В карьерах в зоне строительства БАМ через 25 лет восстановление растительности не наблюдается вообще.
Высоко оценивая уникальность и ценность лесов зоны южной тайги Приамурья, мы считаем временно утраченным биологический ресурс ели, пихты и лиственницы в техногенных ландшафтах этой территории.
На этих землях возможно лишь частичное использование биологических ресурсов за счет древесины лиственных пород деревьев, а также кустарников и трав, пригодных для целей собирательства, как источника для селекции декоративных и садовых культур, как лекарственных средств народной медицины.
3. Вопреки существующему мнению, что зеленые насаждения городов
выполняют чисто декоративную функцию, предлагается считать растительность, произрастающую в ландшафтах урбанизации биологическим ресурсом, предназначенным для создания комфортных условий проживания человека.
Критериями этого биоресурсного потенциала являются структура, состав, численность и состояние культурных растительных сообществ. Установлено, что в городе Благовещенске этим критериям зеленые насаждения не соответствуют.
Формирование потенциала биологических ресурсов комфортного проживания на урбанизированной территории должно основываться на использовании ассортимента деревьев, кустарников и трав, акклиматизированного и адаптированного к местным условиям с привлечением представителей сорной, рудераль-ной растительности, самосевом заселяющейся в городские насаждения.
Практическая значимость
Для практического применения предложена классификация залежных земель по категориям в зависимости от степени и вида антропогенной нагрузки. Поскольку биологические ресурсы на залежных землях представляют интерес как лекарственное сырье, а в фитоценозах эти растения произрастают как единичные и не многочисленные, предлагается использовать эти ресурсы в качестве источника семян для последующего выращивания в производственных масштабах. Учитывая сложности в формировании растительности и трансформации почвенных структур, определяемые пирогенным фактором в условиях Приамурья, предлагается проведение пожарозащитных мероприятий на залежных землях.
Проведенные исследования на землях техногенных ландшафтов позволяют рекомендовать обязательное проведение горнотехнической рекультивации по вы-полаживанию крутых склонов отвалов и карьеров. Поскольку возможность использования главного биоресурсного потенциала этих территорий (ели, пихты и лиственницы) сопряжена с достижением технической спелости главных лесообра-зующих пород деревьев, рекомендуется защитить территорию от вторичной ан-
тропогенной экспансии и предостеречь от преждевременного и нерационального её использования, чему может способствовать режим заказников.
Биоресурсный потенциал произрастающих на селитебно-промышленной территории города Благовещенска растений рекомендуется использовать для создания ассортимента деревьев, кустарников и трав, адаптированных к местным условиям. Для этого разработана и внедрена в питомнике МП «Зеленстрой» города Благовещенска технология размножения тополя белого. Апробированная в условиях города Благовещенска, методика учета параметров флуктуирующей асси-метрии листьев березы плосколистной (Betula platyphylla Sukacz.) может быть использована для индикации экологического состояния урбанизированных территорий.
Апробация работы
Результаты исследований доложены и обсуждены на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства и природообустройства», Благовещенск: ДальГАУ, 1999; научно-практической конференции «Сохранение биоразнообразия Амурской области», Благовещенск: 2000 г.; региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Амурская наука на пороге III тысячелетия», Благовещенск: 2000 г.; международной научно-технической конференции «Строительство и природообуст-ройство на рубеже тысячелетия», Благовещенск: 2000 г.; межвузовских научно-практических конференциях « Молодежь XXI века: Шаг в будущее», Благовещенск: 2000, 2001, 2002, 2003, 2006, 2007, 2013 гг.; университетских тематических конференциях, Благовещенск: ДальГАУ, 2002, 2003, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2013 гг.; региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Будущее Амурской науки», Благовещенск: 2001 г.; Амурской научно -практической конференции «Зейско-Буреинская равнина: Проблемы устойчивого развития», Благовещенск: 2001 г.; всероссийской научно-практической конференции «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы», Красноярск, 2004 г.; межрегиональной конференции молодых ученых «Проблемы безопасности и жизнедеятельности в техносфере», Благовещенск: 2004 г.; международной научно-практической конференции «Экология и устойчивое развитие сельской местности», Ставрополь: 2012 г.; YI международном форуме «Охрана и рациональное использование лесных ресурсов», Благовещенск-Хэйхэ-Харбин, 2013 г.
Личный вклад автора
Работа является обобщением результатов исследований, выполненных в 2000 - 2012 гг. автором лично и совместно с аспирантами Дальневосточного государственного аграрного университета (ДальГАУ), которые являются соавторами некоторых публикаций. Постановка целей и задач, выработка методологии и структуры работы, разработка идей, организация и проведение полевых исследований, обобщение и интерпретация полученных результатов, подготовка научных публикаций принадлежат автору.
Научно-исследовательская работа выполнена согласно плана НИР ДальГАУ в 2000 - 2005 гг. по теме «Изучение закономерностей самовосстановления антропогенно нарушенных биоценозов», раздел 7.2, № госрегистрации 01.9. 2001.2649, в 2006 - 2012 гг. по теме 8 «Адаптивное землепользование», раздел 8.3 «Изучение закономерностей самовосстановления антропогенно нарушенных биоценозов», № госрегистрации 0120.0503566.
Публикация результатов исследования
По теме диссертации опубликовано - 44 научные работы, в том числе 11 статей в журналах, реферируемых ВАК, 1 монография и 4 в трудах международных конференций.
Структура и объем диссертации
Трансформация биоресурсного потенциала агрофитоценозов при переходе их в залежь
Сельскохозяйственные угодья после прекращения на них хозяйственной деятельности превращаются в залежи. Залежи являются именно тем участком природной среды, где происходит резкий переход одного биоценоза в другой. Причем, данный переход достаточно сложен, так как первичная сукцессия естественного природного биоценоза в свое время переходит в стадию агробиоценоза и, наконец, при образовании залежи происходит обратный переход к естественному состоянию.
Среди причин возникновения залежных земель можно выделить нерентабельность производства, банкротство сельхозпредприятий, создание охраняемых территорий в зоне сельского хозяйствования, сильное загрязнение сельскохозяйственных земель (химическое, радиационное).
Наиболее значительное воздействие на растительность оказывает распашка. В этом случае уничтожается естественная растительность, создаются новые фитоценозы из культурных растений и изменяются физические свойства почвы. Поэтому после прекращения возделывания пашни даже при переносе семян растений из соседних природных сообществ последние восстанавливаются лишь постепенно и притом через серию других фитоценозов [Щербова, 1985].
По данным Министерства сельского хозяйства Российской Федерации в 1988 г площадь неиспользуемых сельскохозяйственных земель составляла 5,1 млн. га, а на 1 июля 2006 года - 54,4 млн. га, или 33% от общей площади сельскохозяйственных угодий страны [Трофимов, 2005; Залесов, 2010]. В Сибирском федеральном округе эта цифра составила почти пять миллионов га [Цветков, 2012]. В Амурской области в течение 90-х годов прошлого столетия из сельскохозяйственного оборота было выведено около 1 млн. га пахотных земель. Если в 1990 году сельскохозяйственные культуры в области возделывались на 1623 тыс. га, то в 2000 году всего на 635 тыс. га [Система земледелия ... , 2003]. Таким образом, за эти годы более одного миллиона гектаров пахотных земель превратились в залежь. Происходящие на них сукцессионные процессы могут иметь несколько направлений в зависимости от условий их развития.
Считается, что забрасываемые сельскохозяйственные земли зарастают бесполезной сорной растительностью и возникающие на залежи экосистемы не имеют никакой ресурсной или биосферной ценности. На самом деле при забрасывании пашни на ее месте возникают травяные сообщества (луга). Они дают сено или зеленый корм, т.е. кормовые ресурсы. По определению Д.И. Люри с соавторами [Динамика сельскохозяйственных ... ,2010] это внутри-сельскохозяйственные замещающие ресурсы 1 типа. Кроме них в травяных экосистемах формируются замещающие ресурсы 2 типа - ресурсы лекарственных растений, охоты и собирательства.
Лекарственными растениями принято называть виды, содержащие биологически активные вещества, положительно воздействующие на организм человека и животных и используемые для заготовки лекарственного растительного сырья, применяемого с лечебными целями. Растения, разрешенные к применению с целью лечения уполномоченными на то органами соответствующих стран, получили название официнальных или аптечных. Более широкая категория это лекарственные растения народной медицины [Растения для нас ... , 1996; Лекарственные растения ... , 2006].
В настоящее время в России в официальной медицине применяется порядка 300 официнальных видов [Растительные лекарственные средства, 1985; Лекарственное растительное сырье ... , 2004]. Из них 81 вид присутствует в дальневосточной флоре [Шретер, 2000]. По данным Е.В. Аистовой [2007, 2012] в народной медицине России нашли практическое применение видов адвентивных и сорных растений, произрастающих в Амурской области, из них 36 используются в народной медицине Китая.
К биосферным ресурсам залежных земель Д.И. Люри и соавторы [Динамика сельскохозяйственных земель ... ,2010] относят их способность аккумулировать углерод, содержание которого в атмосфере напрямую связано с изменением климата на Земле. Залежные земли являются мощным аккумулятором атмосферного углерода. Авторы также считают важной функцией биологических ресурсов на залежах поддержание биологического разнообразия этих и примыкающих к ним земель.
Общие вопросы динамики травянистой растительности в процессе перестройки агрофитоценозов освещены в работах А.П. Шенникова [1964], Л.Г. Рамненского [1971], В.Н. Сукачёва [1972, 1975], Б.М. Миркина [1974, 1985, 1989], Т.А. Работнова [1978, 1992, 1995].
Развитие фитоценозов на залежах описано в ряде работ зарубежных авторов [Bazzaz, 1968; Nicholson, Monk, 1974; Keever, 1983; Leps, 1987]. В соответствии с ними формирование растительного покрова на залежах в целом проходит по определенной схеме и включает несколько стадий: однолетних сорняков, олуговения и занесения. Растительность бывших сельскохозяйственных угодий находится на разных стадиях развития.
На стадийность развития вторичной сукцессии обращали внимание и российские ученые [Сукачев 1972; Андрейченко, Каркуцчев,1993], которые отмечают, что при переходе залежи к естественному луговому фитоценозу можно наблюдать, что в первый год залежь покрывается сорной растительностью, сопровождавшей посевы культурных растений и оставившей зачатки на пашне, в дальнейшем замечается увеличение, а затем и господство полыней и бобовых, а далее с течением времени залежью овладевают злаки, занимающие значительные площади сплошными зарослями. При изучении залежных сукцессии Ю.И. Самойловым [1997] на месте ельниково-черничных и ельниково-кисличных лесов также установлено три стадии.
Климат
Климат Амурской области и отдельных ее районов описан в различных справочных изданиях и работах многих авторов [Витвинский, 1963; Южная часть ... , 1969; Агроклиматические ресурсы, 1973; Гуков, 1990; Шульман, 1991; Голов, 2001; География природных ... , 2003;]
По климатическому районированию основная часть территории области находятся в Амуро-Уссурийском районе Умеренной климатической зоны Дальнего Востока.
В северных районах Амурской области климат с резко выраженной континентальностью. Это объясняется отдаленностью от моря и большой высотой местности. Зима суровая. В декабре - январе суточные температуры воздуха удерживаются ниже минус 25 градусов по Цельсию. Морозы до минус 45 градусов отмечаются ежегодно. Лето короткое, прохладное, дождливое. В этот сезон выпадает преобладающая часть годовых осадков (400 - 500 мм.). Заморозки начинаются в конце августа - начале сентября. Средняя температура января минус 32 градуса, июля 17,9, среднегодовая минус 6,6 (метеостанция Бомнак); годовое количество осадков - 560 - 584 мм. Вегетационный период - 95 дней, безморозный - 9 дней, средняя высота снежного покрова - 27 см (метеостанция Дамбуки), сумма среднесуточных температур воздуха выше 10 градусов - 1420 градусов. Климат юга Амурской области умеренно тёплый и влажный. В июне продолжительность дня 17 часов, солнце поднимается до 60 над горизонтом. В декабре день уменьшается до 7 - 8 часов, высота солнца всего 14 - 18.
В области преобладает перенос воздушных масс с запада и развита циклоническая деятельность. Особенно сильно она проявляется весной и в первую половину лета. Летом атмосферный фронт располагается над областью. В это время территория Приамурья прогревается и над ней устанавливается пониженное атмосферное давление. Сюда приходит влажный воздух с юга, выпадают обильные осадки. Увеличивается относительная влажность воздуха и облачность.
Господствующего направления ветра нет. Приходящие весной с юго-запада циклоны приносят иногда жёлтую пыль, поднятую ветром с поверхности монгольских степей. Средняя месячная температура в июле составляет 20,4С, в январе минус 27,4С. Годовая амплитуда средних месячных температур до 48С. Продолжительность тёплого периода года (период с положительной средней суточной температурой воздуха) в среднем 190-195 дней (с конца первой декады апреля по конец второй декады октября). Наименьшая длительность этого периода 173 дня, наибольшая - 218 дней. Продолжительность безморозного периода 120-145 дней. В отдельные жаркие дни температура воздуха повышается до 41 С (абсолютный максимум), а в очень холодные суровые зимы понижается до минус 45С. Однако такие крайне высокие и низкие температуры воздуха наблюдаются редко (вероятность менее 5%).
По условиям увлажнения рассматриваемая территория относится к зоне достаточного увлажнения. Среднегодовое количество осадков составляет в среднем 575 мм, из них в тёплое время выпадает от 92 до 528 мм, в холодное от 8 до 47 мм. Коэффициент увлажнения в среднем равен 1. Условный показатель увлажнения - гидротермический коэффициент равен 1,7 - 1,8. В зимнее время образуется устойчивый снежный покров, высота которого к концу зимы составляет в среднем 15-20 см. Наибольшая высота снежного покрова наблюдается в конце февраля -начале марта. Запас воды в снеге в этот период до 40 мм. Почва промерзает до глубины 232 см. В весенний период она прогревается на глубине 5 см до температуры 5С 2 мая, до температуры 10С 17 мая; на глубине 10 см до температуры 5С 9 мая, до температуры 10С 20 мая. В первой половине лета засушливая погода приводит к недостатку продуктивной влаги в почве. В июле и августе выпадает около половины годового количества осадков, и вода не успевает испаряться и уходит в реки. Она плохо просачивается сквозь глинистые грунты и застаивается в углублениях. Наибольшая влажность почвы на глубине 20 см на последнюю декаду августа составляет 39% от массы почвы. Почти весь год бывает маловетреная погода. Средняя годовая скорость ветра 3,6 м/сек. Скорость его возрастает только весной и осенью, когда усиливается циклоническая деятельность. Ветер может достигать 20 -25 м/сек, он иссушает почву. Но такие ветры длятся недолго.
Некоторые особенности, как известно, имеет микроклимат городской территории [Фролов, 1998; Горицина, 1991; Негробов, 2000; Ульянова, 2001; Петров, 2003]. По сравнению с окружающей местностью городская территория обладает более высокими как летними, так и зимними температурами. Эта разница для ряда больших городов составляет 0,5 - 0,8С. Однако исследования начала 90-х годов прошлого столетия показали, что эти различия могут доходить до 6 - 8С. В Благовещенске разница достигает 1,5 - 2С. Одно лишь отраженное излучение от стен в городе дает летом до 30 - 40С теплового эффекта прямой солнечной радиации. Очень велико тепловое излучение от асфальтного покрытия дорог, площадей и тротуаров.
Развитие растительного сообщества на залежах в зависимости от вида антропогенного воздействия
При оставлении сельхозугодия в залежь в результате вторичной сукцессии характер произрастающей растительности начинает меняться коренным образом, что приводит к изменению биоресурсного потенциала растений, произрастающих на этих землях.
Возделываемые сельскохозяйственные угодья являются поставщиками пищевых и кормовых биологических ресурсов для людей и сельскохозяйственных животных. Характер и направление развития биологических ресурсов растительности, заселяющих залежи, трудно определить, как впрочем, и сам ход вторичной сукцессии агрофитоценозов. С точки зрения формирования растительного сообщества фитоценозы залежных земель должны со временем проявлять тенденцию соответствовать естественному типу, а формируемый в них биоресурсный потенциал должен представлять собой ресурс замещения. Земли, являющиеся средством получения сельхозпродукции, должны со временем стать источником лекарственных, декоративных, кормовых и лесных ресурсов во всем их многообразии. Кроме того, растительные сообщества, возникающие на месте пашни, выполняют важную роль биосферного ресурса, сохранения биологического разнообразия, восполняя потери поступления в биосферу кислорода и биомассы, восстанавливая при этом почвенное плодородие.
Можно предполагать, что динамика развития растительности и ее видовой состав на залежах будет зависеть от типа местности, от того в состав какого из севооборотов входило поле при его сельскохозяйственном использовании и, наконец, большое значение имеет, подвергался ли данный участок выгоранию в результате пожаров. Исследуемые залежи целесообразно классифицировать по категориям в зависимости от того в какой растительной зоне они находится и от вида антропогенной нагрузки во время использования сельскохозяйственного угодья по назначению и после оставления его в залежь.
Существенным образом характер формируемых на залежах фитоцено-зов должен определяться от того каким образом возделывалось поле при его эксплуатации в качестве сельскохозяйственного угодья. Входило ли оно в состав полевого севооборота, то есть ежегодно распахивалось, или же перед уходом в залежь являлось пастбищем или сенокосом (кормовой севооборот). Само собой разумеется, что необходимо учитывать пирогенный фактор.
В Благовещенском районе на землях бывшего совхоза Новомихайлов-ский (с. Грязнушка) изучены залежи возраста 4, 6, 11 и 16 лет. Наблюдения и учеты осуществлялись в течение всего вегетационного периода несколько лет подряд, что позволило установить количественные характеристики видового состава растений, заселяющих залежи. Все изученные здесь залежи принадлежат к I категории. После прекращения использования этих земель в качестве пашни они в течение нескольких лет использовались как пастбища для выпаса личного стада и сенокосы. Данные по количеству таксонов - семейств, родов и видов на исследуемых залежах представлено в приложении Б. С учетом сезонной динамики на поле, находящемся в залежи 4 года, было выявлено 69 видов растений (30 семейств). На залежи возрастом 6 лет 158 видов растений (39 семейств). На поле, 11 лет не используемом как сельхозугодье, выявлено 130 видов растений (40 семейств). На залежи возрастом 16 лет обнаружено 179 видов растений (44 семейства). Графически динамика изменения видового состава на исследуемых залежах представлена в виде диаграммы на рисунке 5.
Черная сплошная линия - полиноминальная линия тренда, характер которой свидетельствует о том, что со временем в развитие фитоценозов залежных земель наступает насыщение в динамике увеличения видового разнообразия. Экосистемы определенным образом стабилизируются в своем развитии.
Через 16 лет на исследуемых залежах обнаружено присутствие представителей пятидесяти семейств. Отмечается широкое представительство астровых (Asteraceae Dumort.), губоцветных (Labiatae Juss.), розовых (Rosaceae Juss.), мятликовых (Poaceae Barhn.), бобовых (Leguminosae Juss.) и лютиковых (Rununculaceae Juss.).
Полный список видового состава растений с учетом сезонной динамики на залежи 16-летнего возраста в окрестностях села Грязнушка Благовещенского района Амурской области приведен в приложении В.
Анализ результатов по разделу 4.1 Изменение (трансформация) растительного сообщества на полях, выведенных из сельскохозяйственного оборота, происходит в результате вторичной сукцессии агрофитоценоза. Агрофитоценозы отличаются от естественных растительных сообществ достаточно узким видовым составом, произрастающих в них растений (растения сельскохозяйственного назначения и сопутствующая им сегетальная растительность). Даже на полях естественных сенокосов и пастбищ в результате их обработки, ежегодного выкашивания трав и выпаса скота видовое обилие резко сокращается [Растения сенокосов и пастбищ, 1982; Емельянов, 2009].
Исследование залежей в зонах лесостепной растительности южной сельскохозяйственной зоны Амурской области показывает, что видовое разнообразие травянистых растений на этих землях закономерно увеличивается с возрастом (рис. 5, стр... 115), достигая к 16 годам определенного максимума. Следует полагать, что в развитии растительных сообществ наступает определенное равновесие, которое в дальнейшем с учетом конкурентных взаимоотношений может привести к сокращению видового разнообразия.
К 16 годам развития на залежных землях произрастает до 180 видов растений, представленных 139 родами и 44 семействами. В подавляющем большинстве это травянистые растения.
Оценка биоресурсного потенциала техногенных ландшафтов в южно-таежной зоне Амурской области
Видовое и генетическое разнообразие растений является одним из биологических ресурсов и имеет огромное значение. Природные экосистемы характеризуются огромным разнообразием видов. Разнообразие необходимо для выживания всего сообщества и его отдельных компонентов. Устойчивость фитоценоза теряется с сокращением видового разнообразия. Сохранение видового и генетического разнообразия растений - одна из проблем охраны и рационального использования растительных ресурсов. Необходимо выявлять и принимать меры к сохранению редких эндемичных и находящихся под угрозой исчезновения видов растений [Харкевич, Вышин, 1983]. Исследования показали, что в процессе заселения залежи среди ботанического разнообразия появились виды, занесённые в Красную книгу Амурской области [Красная книга..., 2009; Старченко, Дарман, 1995].
К таким растениям принадлежат: ветреница лесная (Anemone sylvestris L.); живокость крупноцветковая {Delphinium grandiflorum L.); касатик мечевидный (Iris ensata Thunb.) (рис. 33 a); лилия Буша (Lilium buschianum Lodd.) (рис. 33 6); лилия даурская (Lilium dahurikum Ker.-Gawl.); лилия низкая (Lilium pumilum Delile); мытник полосатый (Pedicularis striata Pall.) (рис. 34 a); пион молочноцветковый (Paeonia lactiflora Pall.) (рис. 34 6); полынь худощавая (Artemisia macilenta (Maxim.) Krasch.); фиалка лысоплодная (Viola phalacrocarpa Maxim.); ширококолокольчик крупноцветковый (Platycodon grandiflorus (Jacg.) A.DC); шлемник байкальский (Scutellaria baicalensis Georgi);
На землях бывших агрофитоценозов в южной сельскохозяйственной зоне Амурской области к 16 годам их существования формируются сообщества луговых травянистых растений, количество видов в которых достигает 180-наименований. Среди них отмечены травянистые растения, которые находят широкое применение в официнальной и народной медицине.
Из общего количества обнаруженных на залежах растений девять включены в реестры лекарственный растений России и применяется в официнальной медицине в качестве лекарственного сырья. В Китайской научной медицине использует 39 видов и боле 60-и в народной медицине России.
Учитывая то, что большинство растений, произрастающих на залежных землях, в состав фитоценозов входят как не очень обильные и единичные возникают сомнения их эффективного использования как биологических ресурсов для медицинского применения. Речь может идти о использовании этих растений для создания банка семян и другого посадочного материала для последующего их выращивания в промышленных целях. Тем более, что в последние годы наблюдается тенденция к сокращению площади залежных земель в области, за счет их распашки и вовлечения их в хозяйственный оборот. При этом возникает серьезная проблема поиска приемлемых альтернатив монокультуре сои. Лекарственные растения, самосевом заселяющие залежные земли, и пройдя, таким образом, естественную, природную адаптацию к местным условиям могли бы стать неплохим компонентом многолетних трав в полевых севооборотах, которые в современной структуре посевных площадей совершенно не соответствуют научно-обоснованным системам земледелия [Система земледелия ... , 2003; Емельянов, 2008].
На залежных землях южной сельскохозяйственной зоны Амурской области произрастают растения представляющие интерес не только как ресурс лекарственного сырья, но и как ресурс сохранения видового богатства территории. К таким ресурсам принадлежат растения, отнесенные к категории редких и сокращающих численность [Красная книга ... , 2009]. Сохранение таких растений считается важной задачей поддержания биоразнообразия территории. Редкие и исчезающие виды растений являются важной составляющей биологических ресурсов (генетическим резервом).
По определению Д.И. Люри с соавторами [Динамика сельскохозяйственных ... ,2010] именно такие растения представляют собой генетический ресурс сохранения биологического разнообразия. На залежных землях в Благовещенском районе таких растений нами обнаружено 14 видов. Это обстоятельство еще сильнее повышает роль залежных земель как источника биологических ресурсов, требующих особых подходов при их использовании и охране.
Техногенные ландшафты, как правило, представляют собой полностью уничтоженные участки естественной природной среды, образованные при осуществлении горнотехнических работ. В результате огромные территории выводятся из естественного биосферного круговорота веществ, оскудевают запасы биологических ресурсов. В условиях северных районов Амурской области главным биологическим ресурсом является древесина. Возможности и длительность процессов восстановления естественных лесов на антропогенно-нарушенных землях здесь практически не изучалась. Главным, до конца не изученным вопросом, при этом остается соответствие, восстанавливающихся растительных сообществ зональному типу. Так как только в этом случае можно говорить о полном восстановлении биоресурсного потенциала. После прекращения хозяйственной деятельности на этих землях, как правило, рекультивационные работы не проводятся или проводятся частично, в основном только за счет горнотехнического этапа. Поэтому исследования посвящены процессам самовосстановления уничтоженных фитоценозов и почв.
Россыпная золотодобыча ведется в руслах рек, которые являются основными источниками золотоносного песка. Существуют различные технологии добычи золота, но все они сходны в одном - при проведении горных работ осуществляется так называемая "вскрыша торфов", что означает снятие верхнего слоя земли с полным уничтожением растительности и части почвенных горизонтов [Горная энциклопедия, электронный ресурс, 2012].
При дражном способе добычи (рис. 35 а) полигон подготавливается проведением вскрышных работ и в дальнейшем перемещается впереди дви 150 гающейся по руслу реки драги. Для ее перемещения создается котлован (достаточно глубокий водоем). Драгу поэтому называют «плавающей фабрикой», хотя плавает она в переносном смысле слова. Получается, что драга как бы «утюжит» русло реки. Первые, золотодобывающие драги в Амурской области появились в 1896 году (р. Уруша). В 1945 году в области работало 35 драг [История Амурской области ... , 2008]. К настоящему времени в Амурской области в результате золотодобычи таким способом разрушено около 150 малых рек общей длиной около 200 километров с водосбором более 12 тысяч квадратных километров [Амурская область ... , 2001; Антропогенное воздействие ... , 1979].