Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Формирование регенеративных фитоценозов в отвалах (обзор литературы)
Глава 2 Методы сбора и обработки1 материалов
Глава 3 Природные условия районе исследований
3.1 Клима т
3.2 Осадки
3.3 Рельеф и почвы
3.4 Растительность
Глава 4 Анализ видового состава растительных сообществ спланированных отвалов Лиетвянского угольного разреза
Глава 5 Организация фитоценозом на четвертичных отложениях
5.1 Таксономический состав
5.2 Состав экологических груш*
5.3 Состав жизненных форм
5.4 Возрастные спектры ценопс?пУляДий
5.5 Репродуктивная структура фитоценоза
5.6 Вертикальная и горизонтали3* структура фитоценоза
5.7 Продуктивность фитоценозе и распределение фитомассы по вертикальному профилю CLASS Глава 6 Организация фитоценозом на пермских отложениях CLASS
6.1 Таксономический состав
6.2 Состав экологических груш*
6.3 Состав жизненных форм
6.4 Возрастные спектры ценопспуляций
6.5 Репродуктивная структура фитоценоза
6.6 Вертикальная и горизонтальная структура фитоценоза 95
6.7 Продуктивность фитоценоза и распределение фитомассы по вертикальному профилю
Глава 7 Структура и динамика ценопопуляций видов с наибольшей ценотической значимостью
Глава 8 Пригодность отвалов к биологической рекультивации
8.1 Механический и химический состав грунтов 120
8.2 Видовая насыщенность 121
8.3 Плотность особей растений 122
8.4 Проективное покрытие 122
8.5 Продуктивность надземной и запасы подземной фитомассы
Выводы 125
Литература 127
Приложения 147
Введение к работе
Актуальность темы. Добыча полезных ископаемых самым дешевым, открытым, способом сопровождается появлением гигантских отвалов, под которыми исчезают природные ландшафты и некогда продуктивные сельхозугодья. Особенно сильно страдают от этого территории с большим количеством угледобывающих предприятий. Одним из таких регионов является Кузбасс, где сосредоточена половина всех отвалов России
Землеемкость добычи угля на предприятиях концерна "Кузбассразрезуголь" превышает почти в три раза среднюю по стране и, как следствие этого, площадь отвалов составляет уже 100 тысяч гектаров. Вместе с тем Кемеровская область - один из наиболее густонаселенных районов Сибири, а поэтому важность рекультивационных работ здесь трудно переоценить. Такие работы ведутся в последнее время почти во всех природных зонах Кузбасса (Баранник, 1974; Логуа, 1984; Ламанова, 1995, 1998; Доронькина, 1999). Вместе с тем следует отметить, что процессы формирования естественных регенерационных фитоценозов изучены не достаточно полно. Как правило, исследования носили рекогносцировочный характер, ограничиваясь изучением флоры и растительности неспланированных отвалов. Относительно подробно процессы естественного зарастания изложены в работе Н.П. Миронычевой — Токаревой (1998), но исследования были проведены в другом регионе, на иных геологических породах, с использованием других методик. На отвалах угольных предприятий Кузбасса мониторинг процессов формирования естественных регенерационных фитоценозов, с применением многолетнего сбора материалов на одних и тех же отвалах и подробной их обработки не проводился. Не проводились подобные работы и на спланированных отвалах, которые с ландшафтной точки зрения наиболее пригодны для хозяйственного использования, а установление возможности естественного зарастания отвалов без нанесения плодородного слоя почвы, в современных условиях состояния экономики России, представляет особый интерес, поскольку заметно снижает стоимость рекультивационных работ.
Термин «регенерационный» был впервые предложен С.С. Трофимовым, А.А. Титляиовой и И.Л. Клевенской (1979) для искусственных и естественных биогеоценозов, формирующихся на техногенных субстратах, в условиях открытого общения с окружающими ландшафтами. Представляется правомочным, в рамках понятия «регенерационный биогеоценоз», говорить о «регенерационном фитоценозе».
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является изучение процессов формирования естественных регенерационных фитоценозов, на спланированных отвалах, с учетом относительного возраста составляющих их геологических пород и без нанесения плодородного слоя почвы.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Установить видовой состав растительных сообществ на спланированных отвалах Листвянского угольного разреза.
Выявить структуру регенерационных фитоценозов.
Определить продуктивность регенерационных фитоценозов.
Выявить структуру и динамику ценопопуляций видов растений с наибольшей ценотической значимостью.
Выявить виды растений местной флоры пригодные для фитомелиорации.
Оценить степень потенциальной пригодности к рекультивации спаздшродамнш: ошш., озстояшда кг четве^тичкиг. % иг перулких отложений.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые проведено изучение процессов естественного зарастания спланированных отвалов, без нанесения плодородного слоя почвы, состоящих из четвертичных и пермских отложений- Выявлен и проанализирован флористический состав растительности спланированных отвалов. Изучена структура регенерационных фитоценозов на ранних стадиях развития. Определено влияние ценопопуляций малолетних видов на структуру и продуктивность регенерационных фитоценозов. Выявлены и изучены ценопопуляций видов с наибольшей ценотичсской значимостью. По результатам работы предложен список видов растений пригодных для фитомелиорации. Предложен новый, более экономичный способ биологической рекультивации отвалов.
Результаты работы могут использоваться при планировании и проведении рекультивации отвалов в идентичных природно - экологических условиях и при подготовке лекционных курсов по природоохранной тематике.
Положения выносимые на защиту:
На структуру естественных регенерационных фитоценозов влияет возраст геологических пород, составляющих отвал. Чем древнее порода, тем медленнее развивается структура растительного сообщества и, соответственно, ниже темпы сукцессии.
Структурно-динамическая организация регенерационных фитоценозов, на начальных этапах естественного зарастания, формируется под сильным влиянием колебаний численности ценопопуляций малолетних видов.
Апробация работы: Материалы исследований докладывались на научной конференции «Проблемы изучения растительного покрова Сибири» (Томск, 6-8 декабря 1995 г.); на международной научной конференции памяти профессора А.А. Уранова «Популяции и сообщества растений: экология, биоразнообразие, мониторинг» (Кострома, 15-19 октября 1996 г.); на первой межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы сохранения биоразнообразия Южной Сибири» (Кемерово, 19-22 мая 1997 г.); на третьей международной конференции «Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития» (Донецк, 3-5 сентября 1998 г.).
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, выводов, списка литерагуры и приложений. Основной текст изложен на 126 страницах. Работа проиллюстрирована 22 рисунками и включает 34 таблицы. Список литературы содержит 206 наименований, в том числе 29 на иностранных языках. В приложениях приводятся таксономическое разнообразие растительности спланированных отвалов, динамика таксономического разнообразия на четвертичных и на пермских отложениях, структура и динамика продуктивности регенерационных фитоценозов на четвертичных и на пермских отложениях.
Личный вклад соискателя в получении научных результатов заключается в постановке целей и задач, выборе методов исследования и полном анализе материалов. Полевые материалы за 1990-1993 г.г. предоставлены научным руководителем Т.Г. Ламановой. Полевые материалы за 1994-1997 г.г. автором собраны лично и лично же выполнена вся программа исследований по изучению состава и структуры регенереционных фитоценозов на спланированных отвалах лесостепи Кузнецкой котловины.
Автор глубоко признателен своему научному руководителю к.б.н., с.н.с. Т.Г. Ламановой за предоставленные материалы, ценные советы и замечания, аспирантам Н.В. Доронькиной и Н.А. Шумлянской за помощь в сборе материалов, к.б.н., с.н.с. В.М. Доронькину за помощь в определении растений, а также всем, кто помогал советами и критическими замечаниями.
Клима
Климат местности резко - континентальный. Вместе с тем лесостепь Кузнецкой котловины получает наибольшее количество тепла и меньше всего его расходует. По данным М.Н.Кодобкова (1950), здесь наблюдается значительное количество часов солнечного сияния - в среднем 1828 ч., то есть примерно столько же, сколько в Ессентуках - 1846 ч. Суммы температур, приходящиеся на период с температурами выше 10 С, здесь составляют 1800-1900, а в отдельные годы и выше. Продолжительность безморозного периода наивысшая в Кемеровской области - 115-120 дней. Тут же отмечены и наиболее высокие, по сравнению с другими природными зонами, среднегодовые температуры от +0,3 до +1,0 (Справочник по климату,.., 1985). Благоприятствует повышению температуры и иссушению воздуха и то, что район расположен в динамическом центре котловины, находящемся под влиянием нисходящих потоков воздуха. Снижается расход тепла с поверхности почвы в промышленной зоне Кузбасса и в связи с высокой загазованностью и пресыщенностью атмосферы взвешенными угольными я пылевыми частицами, а также большим числом дней с туманами, мглой и сплошной облачностью. Число дней со сплошной облачностью в летнее время (апрель - август) составляет 44-45%, с частичной облачностью - 17-25%, а на долю ясных дней выпадает всего 20-39%. S 1 illlllrtl 1IJI Рис. 1 Карта Кемеровской области (Экологическая карта, 1996). Серым цветом отмечены места расположения отвалов. Листвяги - место проведения работ Рис. 2 Листвянский угольный разрез концерна «Кузбасс разрезу голь». В нижнем правом углу виден край спланированного отвала Малая залесенность и полная сельскохозяйственная освоенность всей территории, расположение ее в зоне постоянных предгорных ветров, приводит к тому, что в зимнее время снежный покров постоянно сдувается и переносится в понижения рельефа балки, овраги, речные долины. Почвы основных водоразделов остаются обнаженными и глубоко промерзают, однако среднегодовая температура в метровой толще положительная и варьирует в пределах от +3,5 до +6,0 С (Трофимов, 1975).
Количество атмосферных осадков колеблется в пределах 400-500 мм в год. Примерно две трети их приходится на летний период. Постоянно дующие в зоне предгорного иссушения ветры обусловливают довольно высокие темпы физического испарения влаги, однако, водный режим почв этой зоны остается еще по большей части промывным или периодически промывным, обусловливая четкое проявление процессов оподзоливания и выщелачивания почв. Расчлененный рельеф способствует перераспределению осадков как жидких, так и твердых по уклону местности, что при господстве отложений лессовидного характера во многих местах вызывает развитие суффозионных явлений, плоскостной и линейной эррозия почв, образование промоин и оврагов. Скопление же снега в отрицательных элементах рельефа — западинах, «блюдцах» и балках, - способствуя их переувлажнению, является причиной, обусловливающей формирование в них почв гидроморфного ряда, а в случае поселения здесь лесных формаций и подзолистых почв, с обязятельными признаками глеевого, болотного или лугового процессов (Трофимов, 1975).
Рельеф и почвы Рельеф поверхности неоднородный. В центральной и северо-западной частях он сглаженный, почти равнинный, к востоку и югу проявляется некоторая всхолмлеиность. Горные породы района исследований, почти целиком, относятся к пермским отложениям кольчугинской и балахонской серий и представлены аргиллитами, алевролитами и песчаниками (Васильев и др., 1969). и только по широким долинам рек довольно большие площади занимают современные аллювиальные наносы. Грунты пермских отложений содержат значительно больше крупнообломочньтх фракций, а на четвертичных преобладают глинистые (табл. 1;2). По результатам химического анализа, грунты па обоих типах отвалов характеризуются нейтральной и слабощелочной реакцией среды (рП 6,1 37 7,75). Сумма поглощенных оснований составила на пермских отложениях 20,8-30,4 мг-экв/100 г, преобладающими в поглотительном комплексе являются катионы Са2+ (17,22-20,0 мг-экв/100 г). Сумма поглощенных оснований на четвертичных отложениях - 29,58-33,58 мг-экв/100 г, преобладали в поглотительном комплексе катионы Mg24 (25,08-28,88 мг-экв/100 г) (табл. 3;4). В составе водной вытяжки грунтов пермских отложений сумма анионов варьировала в пределах 0,39-0,46 мг-экв/100 г, а катионов - 0,25 мг-экв/100 г. В составе водной вытяжки фунтов четвертичных отложений было больше анионов - 0,44-0,71 мг-экв/100 г, а сумма катионов составила 0,12-0,20 мг-экв/100 г (табл. 5;6). Почвенный покров характеризуется большой пестротой. Преобладающие типы - выщелоченные и деградированные черноземы, больше свойственны западной и центральной частям территории. Ближе к горам развиты серые почвы лесостепи, и еще меньшее распространение имеют слабо подзолистые почвы. Сравнительно большие площади заняты неразвитыми аллювиально - луговыми почвами по широким и хорошо разработанным долинам рек Томи и Кондомы (Трофимов, 1975).
Таксономический состав
С 1990 года по 1996, методом площадок, на четвертичных отложениях было выявлено 53 вида, относящихся к 47 родам и 15 семействам. В 1990 году таксономическое разнообразие состояло из 8 семейств, 18 родов и 20 видов (рис. 4). По семействам роды и виды распределялись следующим образом: Asteraceae (9 родов / 10 видов), Chenopodiaceae (2/3), Fabaceae (2/2), Brassicaceae (1/1), Qaryophyllaceae (1/1), Lamiaceae (1/1), Polygonaceae (1/Ц Poaceae (1/1) (табл. 15). Наиболее многочисленными были: Sonchus arvensis (21.2 14.2 экз/м ) Chenopodium glaucum (9±7.7 экз/м ), Trifolhim pratense (9±7.7 экз/м2), Tussilago farfara (4.7±4.1 экз/м2), а наибольшее проективное покрытие было у Tussilago farfara (4,3±3.8%), Arctium tomentosum (4±3.8%), Sonchus arvensis (2.7±2.4%), Tanacetum vulgare (2± 1.9%) (приложение 2). Плотность видов - 7,4±0,9 вида/м2, а плотность экземпляров растений 123,1±16,6 экз/м2. Общее проективное покрытие составило 32,2%. Индекс Симпсона был равен 0,62. В 1991 году на четвертичных отвалах отмечено 9 семейств, 19 родов и 20 видов растений. Asteraceae (8/8), Fabaceae (2/3), Роасєае (2/2), Apiaceae (2/2), а остальные пять семейств: Equisetaceae, Caryophyllaceae, Chenopodiaceae, Onagraceae, Scrophulariaceae - представлены одним видом (таб. 8). Наибольшей плотностью на площадке обладали: Meiiiotus officinalis (21.9±10.2 экз/м2), Tussilago farfara (16.5±9.2 экз/м2), Cirsium setosum (I6±5.3 экз/м2), Elytrigia repens (9.8±5.4 экз/м2), Equisetum pratense (3.3=ь3.1 экз/м2) a no проективному покрытию доминировали: Tussilago farfara (24.4±23.7%), Cirsium setosum (13.2±5.4%), Meiiiotus officinalis (10.3±6.5%), Elytrigia repens (5.9±5.1%) Trifolium pratense (4.5±4.3%). Видовая плотность - 6,3±0,7 вида/м , а среднее количество растений на площадке - 81,8±9 экз/м . Обшее проективное покрытие равнялось 67%. Индекс доминирования Симпсона в этом году составил 0,829. Таксономическое разнообразие растительности на чегеергиташ: отложениях:
Таксономическое разнообразие в 1992 году на четвертичных отложениях несколько снизилось и в итоге составило: 7 семейств, 15 родов и 16 видов. Вместе с тем наметились лидирующие по количеству видов семейства, которые сохранили эхо лидерство и в дальнейшем, это: Asieraceae (8/8), Роасеае (2/2) и Fabaceae (1/2), Одним видом были представлены: Apiaceae, Convolvulaceae, Boraginaceae, Scrophulariaceae. Лидерами по плотности были: Melilotus officinalis (235.4 113.9 экз/м ), Cirsium vulgare (17.3±2.9 экз/м ), Anthemis wbtinctoria (I1.4±4.1 экз/м ), Pastinaca sylvestris (1L3±3.7 экз/м2), Tussilago farfara (7.7±1.9 экз/м2), а по проективному покрытию: Melilotus officinalis (30.7x9%), Cirsium vulgare (8.9±2.4%), Tussilago farfara (6±1.9%). Среднее число видов на площадке 6,7±0,4 вида/м2, а особей - 296,1±117,3 экз/м2. Общее проективное покрытие - 56,4%. Индекс доминирования — 0,36.
В крайне неблагоприятном 1993 году, в результате засухи, таксономическое разнообразие было минимальным за весь период наблюдений: 5 семейств, 17 родов и 18 Ї ИДОВ. Лидирующие семейства: Asteraceae (8/9), Роасеае (4/4) Fabaceae (3/3) укрепили свои позиции. Cariophyllaceae, Apiaceae были скромно представлены одним видом. Наибольшей плотностью обладали: Cirsitfm setosum (16.2Н.74 экз/м2), Lactuca serriola (15.4=3.4 экз/м2), SonchW arvensis (10.6±3.12 экз/м2), Bromopsis inermis (5.&Ы.96 экз/м2), Artemisia sieversiana (5.2±1.6 экз/м2) и Tussilago farfara (4.6±0.9 экз/м2), а наибольшим частным проективным покрытием: Cirsium setosum (2.6±0.25%), Tussilago farfara (2.4±0.5%), Sonchus arvensis (1.4±0.4%). Плотность видов был 12,6±0,5 вида/м2, а особей -87,H3,9 экз/м2. Общее проективное покрытие составило всего 14,5%. Индекс Симпсона-0,896.
Наконец, в 1996 году разнообразие флоры на четвертичных отложениях достигло максимальных значений за период наблюдений: 10 семейств, 32 рода и 34 вида травянистых растений. Лидировали вновь Asteraceae (12/13), Роасеае (7/7) и Fabaceae (4/5), двумя родами и двумя видами были представлены: Cariophyllaceae и Scrophulariaceae, а по одному-виду имели: Polygonaceae, Euphorbiaceae, Onagraceae, Apiaceae, Lamiaceae. Самыми многочисленными были: MeliloWs officinalis (29.1±8.3 экз/м2), Pastinaca syhestris (19±3.6 экз/м2), Taraxacum officinale (15.&Ы.5 экз/м2), Dactylis glomerata (7.8±2.8 экз/м2), Elytrigia ripens (4.Ш.8 экз/м2) и Tussilago farfara (4.1±3.9 экз/м2). Наибольшее проективное покрытие имели следующие виды: Melilotus officinalis (36,3±9,05%), Tussilago farfara (7±6Л%), Dactylis glomerata (4.3il.6%), Festuca arundinacea (3Ail .24%). Плотность видов равнялась 11,1±0,6 вида/м2, плотность особей 104,8±10,2 экз/м2. Общее проективное покрытие - 76,5%. Индекс доминирования Симпсона составил в этом год} 0,855. Лидирующими по количеству видов являлись семейства: Asteraceae, Роасеае и Fabaceae, кроме первого года зарастания, когда место Роасеае было занято семейством Chenopodiaceae. Следует отметить, что на четвертичных отложениях рано складывается тройка лидирующих семейств. Обращает внимание и тот факт, что злаки отмечаются уже с первого года сукцессии. Все виды растений, отмеченные на четвертичных отложениях, можно разделить на несколько групп по особенностям освоения нарушенных экотопов: Первую группу образуют виды - пионеры, с максимумом численности в первые годы естественного зарастания: Atriplex sagittata, Chenopodium album, СИ, glaucum. Polygonum convolvulus, Sonchus arvensis, Trifolium pratense, Tussilago farfara. Вторую группу - виды, которые сначала наращивают свою численность в фитоценозе, а затем снижают ее: Anihemis subtinctoria, Artemisia sieversiana. Третью группу составляют виды, постепенно наращивающие свою численность: Dactylis glomerata, Elytrigia repens, Linaria vulgaris, Melilotus officinalis, M. albus, Pastinacasyivesiris, Taraxacum officinale. В четвертую группу входят виды отмеченные в последние годы наблюдений: Heiictotrichon schellianum, Agrostis gigantea, Bromopsis inermis, Calamogrostis epigeios, Festuca arundinacea, Phieum pratense, Euphorbia esula, Polygonum aviculare, Stellaria graminea, Vicia cracca, Veronica chamaedrys, Dracocephalum nutans, Achillea asiatica. В последнюю пятую группу - составляют виды, не имеющие четкой тенденции в распределении по годам.
Таксономический состав
В 1992 году было отмечено уже 12 семейств, 23 рода и 26 видов травянистых растений. Лидировали вновь Asteraceae (9/11). По 2 рода и 2 вида было отмечено в семействах Chenopodiaceae, Brassicaceae и Boraginaceae. Одним родом с двумя видами обладало семейство Fabaceae. А такие семейства, как Caryophyllaceae, Poiygonaceae, Onagraceae, Apiaceae, Scrophulariaceae, Lamiaceae и Poaceae, были представлены только одним видом. Наибольшую плотность имели: Artemisia sieversiana (134±42.4 экз/м ), Salsola collina (56.5±17.9), Artemisia vulgaris (42.2±13.4), а вот наибольшим частным проективным покрытием обладали Salsola collina (7.3±2.3%), Tussilago farfara (2.5±0.8%) и Echium vidgare (2.1±0.6%). Плотность видов несколько повысилась до 5,7±1,9 видов/м2, а средняя суммарная численность составила 241 ±8 экз/м". Общее проективное покрытие - 22,3%- Индекс доминирования - 0,608.
В засушливом 1993 году на пермских отложениях таксономическое разнообразие продолжало увеличиваться и в итоге состояло из 12 семейств, 19 родов и 21 вида. По семействам роды и виды распределялись следующим образом: Asteraceae (6/7), Fabaceae (2/3), Chenopodiaceae (2/2) и по одному виду в семействах Caryophyllaceae, Poiygonaceae, Brassicaceae, Rosaceae, Apiaceae, Boraginaceae, Scrophulariaceae, Lamiaceae, Poaceae. Наиболее плотно размещались на площадках: Salsola collina (88±56.6 экз/м2), Polygonum aviculare (30.7 10.6 экз/м ), Artemisia sieversiana (30.2±9.4 экз/м ), Dracocephalum nutans (14.6±5.9 экз/м), Echium vidgare (5.4±2.7 экз/м), a наибольшим частным проективным покрытием обладали: Artemisia sieversiana (0.8±0.2%), Salsola collina (0.7±0.3%), Dracocephalum nutans (.6±&5%) fr &&fam vm gare ($.6±$.5%). їЬттиегь вітдітв отата ,б{, вида на метр квадратный, а суммарная плотность экземпляров - 189,6±52 экз/м . Общее проективное покрытие составило всего 3,2%. Индекс Симпсона составил 0,725.
В 1996 году на пермских отложения было выявлено 16 семейств, 36 родов и 40 видов растений. Asteraceae (10/ЇЙ» Poaceae (4/4), Caryophyllaceae (3/3), Fabaceae (2/3), Brassicaceae (2/2), Ldmiaceae (2/2) и представленные одним видом: Chenopodiaceae, Potygondceae, Clusiaceae, Primulaceae, Violaceae, Rosaceae, Apiaceae, Rubiaceae, Convolvulaceae и Boraginaceae. Доминировали по плотности на площадке: Artemisia sieversiana (58.5±19.8 экз/м2), Dracocephalum nutans (42.9±38i экз/м2), Erigeron canadensis (26.4 13.8 экз/м2), Salsola collina (13.6± M экз/м2), Melilotus officinalis (12.3±4.1 экз/м2), Taraxacum officinale (11.5 3.3 экз/м2), Artemisia vulgaris (8.5±8.1 экз/м2); а по проективному покрытию: Melilotus officinalis (12.3:i2.7%) и Cirsium vulgare (2 1.9%). Видовая плотность составила в этом году 9,3±0,8 вида/м2, а суммарная плотность растений 202,9±48 экз/м2. Общее проективное покрытие - 22,5%. Индекс доминирования Симпсона -0,840.
Наконец в последнем году проведения работ - 1997, на пермских отложениях было выявлено 36 видов растений, относящихся к 34 родам и 14 семействам. Asteraceae (11/12), Poaceae (4/4)» Fabaceae (3/3), Caryophyllaceae (З/З), Chenopodiaceae (2/2), Folygonaceae (2/2), Boraginaceae (2/2), Rosaceae (1/2) и по одному роду и виду содержали: Ousia Brassicaceae, Apiaceae, Convolvulaceae, Scrophulariaceae и Lamiacea - Самыми многочисленными на площадках были: Taraxacum officinale (148.1 43.5 экз/м2), Melilotus officinalis (41±11.б экз/м2), Erigeron canadensis (23.4±7.5 экз/м2), Anihemis subtinctoria (17.6±8 экз/м2), Artemisia sieversiana (17.6±6.4 экз/м2), а наибольшим частным проективным покрытием обладали: Taraxac\im officinale (9.2 2.3%) и Phleum pratense (3,7±1,8%). Плотность видов и плотность экземпляров достигли своих максимальных значений, соответственно: 17,5 1,2 вида/м и 327±57,6 экз/м2. Общее проективное покрытие возросло до 35%. Индекс доминирования составил 0,761. Анализируя флору пермских отложений, прежде всею следует отметить скачкообразный рост видового разнообразия. Лидирующим по числу видов семейством, во все годы наблюдения, является Asteraceae, На начальных тгапах естественного зарастания в группу лидеров входит и семейство Chenopodiaceae, несколько позднее - Fabaceae, а в последние годы наблюдений - Роасеае Faboceae и Caryophyllaceae. Всего с 1991 года по 1997 на пермских отложениях методом площадок выявлен 61 вид травянистых растений, относящихся к 54 родам и 18 семействам.
Динамика кривых доминирования - разнообразия на пермских отложениях. По оси ординат доля вида в выборке, по оси абсцисс последовательность видов, ранжированных от наиболее обильного к наименее обильному. На пермских отложениях в 1991 и 1992 гл. выровненность видов по обилию соответствовала логарифмическому ряду, в 1993 г., когда условия ухудшились вследствие засухи геометрическому ряду, а в 1996 и і 997 г.г. уже было отмечено лог - нормальное распределение, наиболее обычное в природе. Следовательно, по этому показателю растительное сообщество только в 1996 г. приближается к зональному (рис. 14). Все виды растений, отмеченные на пермских отложениях, можно разделить на несколько групп, принимая во внимание динамику их ценотической значимости (по численности): Первую группу составляют виды, имеющие максимальную численность в первые годы естественного зарастания, а в дальнейшем либо снижающие ее, либо исчезающие совсем. Все они являются сорными и в подавляющем большинстве - однолетниками. Это: Artemisia sieversiana, А. vulgaris, Atriplex sagitiata, Barbarea vulgaris, Chenopodium album, Echium vulgare, Polygonum aviculare, Salsola collina. Вторую группу составляют виды постепенно в процессе сукцессии наращивающие свою численность, достигая максимума в последние годы наблюдений: Anthemis subtinctoria, Carduus nutans, Erigeron canadensis, Melilotus officinalis, M. albus, Pastinaca sylvestris, Potentilla canescens, Senecio erucifolius, Oberna behen, Taraxacum officinale, Tussilago farfara, Vicia cracca. Третью группу образуют виды растений отмеченные лишь в последние годы наблюдений: Agropyron cristatum, Agpostis gigantea, Arctium lappa, Arrenatherum elatius, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Festuca arundinacea, F. pratensis, Leontodon autumnalis, Phleum pratense, Poa angustifolia, Potentilla norvegica, Rumex acetosella, Stellaria bungeana. Четвертую группу составляют виды, не имеющие четко выраженной тенденции изменения своей численности: Androsace septentrionalis, Artemisia abrotanum, Centaurea scabiosa, Cirsium vulgare, Chamerion angustifolium, Erysimum cheiranthoides, Galium verum, Lepidium densijlorum, Linaria vulgaris, Oxyiropis pilosa, Thlaspi arvense, Turritis glabra, Verbascum thapsus, Viola arvensis
Механический и химический состав грунтов
Горные породы четвертичных отложений представлены, в основном, карбонатными суглинками, а пермских - аргиллитами, алевролитами и песчаниками. Грунты пермских отложений содержат значительно больше крупнообломочных фракций, большинство из которых - аргиллиты и алевролиты, достаточно быстро разрушаются, попав на дневную поверхность (за исключением песчаников, которые следует удалять). На четвертичных отложениях преобладают глинистые фракции (табл. 1 2).
По результатам анализов, грунты на обоих типах отвалов характеризуются нейтральной и слабощелочной реакцией среды (Нр 6,1-7,75). Сумма поглощенных оснований составила на пермских отложениях 20,8-30,4 мг-экв/100 г, преобладающими в поглотительном комплексе являются катионы Са2" (17,22-20,0 мг-экв/100 г). Сумма поглощенных оснований на четвертичных отложениях - 29,58-33,58 мг-экв/100 г, преобладали в поглотительном комплексе катионы Mg2+ (25,08-28,88 мг-экв/100 г) (табл. 3;4).
В составе водной вытяжки грунтов пермских отложений сумма анионов варьировала в пределах 0,39-0,46 мг-экв/100 г, а катионов - 0,25 мг-экв/100 г. В составе водной вытяжки фунтов четвертичных отложений было больше анионов - 0,44-0,71 мг-экв/100 г, а сумма катионов составила 0,12-0,20 мг-экв/100 г (табл. 5;6). Важной особенностью состава грунтов на обоих типах отвалов является то, что ни по одному из канцерогенных элементов не отмечено превышение предельно допустимой концентрации (Доронькина, 1995).
Следовательно, химический состав грунтов обоих типов отвалов можно считать вполне пригодным для биологической рекультивации и что не менее важно - они не засолены. Механическии состав грунтов наиболее благоприятен на четвертичных отложениях1 на пермских же отложениях он становится таковым лишь спустя несколько лет
Видовая насыщенность естественных генерационных фитоценозов на четвертичных отложениях в первые четыре ГОда зарастания была несколько выше, чем на пермских отложениях, чте, было вызвано, прежде всего, благоприятными почвенными условиями Карбонатные суглинки четвертичных отложений лучше задерживает атмосферные осадки и дольше их сохраняют, благодаря наличию водоупо:)НОГО горизонта, которого нет на грунтах пермских отложений, состоящие в значительной степени из крупнообломочных фракций: аргиллитов, алевролитов, песчаников. Однако, к 1996 г. флора пермских отложений содержала уже 98 видов растений против 83 видов на четвертичных отложениях. Справедливости ради следует отметить, что фитоценозы на пермских Сложениях оказались богаче в видовом отношении благодаря тому, что вследствие низкого проективного покрытия пионерные виды на долго закрепг{ЯЮТСЯ в фитоценозе, не встречая сильных конкурентов в числе патиентов и виолентов. На четвертичных же отложениях, именно последние составляют основу флоры в 1996 году, при проективном покрытии около 70%, а большенство пионерных видов — эксплерентов, уже выпадают.
Плотность особей растений на четвертичных отложениях, в первые 2 года формирования фитоценозов, в три раза превышала таковую на пермских. В последующие годы на четвертичных отложениях она несколько снизилась вследствие того, что поликарпики вступили во взрослые вегетативные и генеративные состояния, и конкурентные отношения в фитоценозе обострились. На пермских отложениях рост плотности особей растений, продолжался вплоть до последнего года наблюдений. Обращает на себя внимание тот факт, что злаки, появившиеся на пермских отложениях, быстро проходят виргинильные стадии онтогенеза и вступают в генеративное возрастное состояние. В дальнейшем, с течением времени, здесь тоже следует ожидать постепенное снижение суммарной плотности особей и увеличение проективного покрытия за счет разрастания поликарпиков.
Общее проективное покрытие растительности на четвертичных отложениях быстро возрастает с 32,2% в 1990 г. до 67% уже в 1991 г., а в последнем году наблюдений — 76,5%, что говорит о высоких темпах развития фитоценоза. На пермских отложениях общее проективное покрытие возрастает значительно медленнее, с 25,5% в 1991 г. до 35% в 1997 г., однако, уже сама положительная динамика этого показателя свидетельствует о прогрессивном развитии растительного сообщества. Продуктивность надземной и запасы подземной фитомассы
Продуктивность надземной фитомассы фитоценоза на четвертичных отложениях в первый же год естественного зарастания достигает зональных значений, и, по нашим данным, средняя величина за семь лет наблюдений составила — 35,3 ц/га. Запасы подземной фитомассы оказались несколько ниже зональных значений, тем не менее, достаточно велики — 366 ц/га. Средняя продуктивность фитоценоза на пермских отложениях составила 10,1 ц/га, что в два раза ниже зональных значений. Запасы подземной фитомассы сильно возросли с 37,3 ц/га в 1993 г. и составили в 1996 г. - 125 ц/га, что, однако, в четыре раза ниже величины, характерной для зональных суходольных лугов. В спектре хозяйственно-ботанических групп на четвертичных отложениях важное место занимают бобовые и злаки, а на пермских - разнотравье.
И на четвертичных, и на пермских отложениях нами отмечались виды — интродуценты, занесенные с агрофитоценозов и хорошо закрепившиеся в складывающихся сообществах. Особенно много их отмечено на четвертичных отложениях, которые располагались поблизости от участков подвергнутых биологической рекультивации. В связи с этим возникает предположение, что, во-первых, одним из важнейших факторов, тормозящих естественное зарастание, является недостаток зачатков растений, а, во-вторых, создание агрофитоценозов будет способствовать ускоренному зарастанию соседних участков. Следовательно, биологической рекультивации можно подвергать не всю поверхность отвалов, а лишь какую-то ее часть (50% или даже менее), создавая лишь инициальные агрофитоценозы в виде полос, ориентированных перпендикулярно направлению преобладающих ветров, которые будут в дальнейшем обсеменять отвалы.
Подводя ИТОГИ, следует отметить, что четвертичные отложения более пригодны к искусственной биологической рекультивации, нежели пермские, вместе с тем, именно последние нуждаются в фитомслиорации в значительно болыпей степени ff вопректт ГОСТУ Г 7.5.03-86 вполне пригодны к ней, о чем еще более красноречиво говорят работы Т.Г. Ламановой (1994, 1995, 1998) и Н.В. Доронькиной (1999).
