Содержание к диссертации
Введение
Проблемы рекультивации нарушенных земель 11
Обзор объектов и методов исследования 35
Природные условия района исследования 50
Особенности флоры спланированных вскрышных отвалов 75
Структурные особенности агрофитоценозов на спланированных вскрышных отвалах Кузбасса 87
Структура посевов люцерны посевной 89
Структура посевов злаков 101
Структура посевов клевера лугового 117
Структура злаковой травосмеси с клевером луговым 128
Структура злаковой травосмеси с эспарцетом песчаным 136
Структура злаковой травосмеси с донником лекарственным 142
Естественное зарастание спланированных вскрышных отвалов разного геологического возраста 150
Структура посевов злаков и бобовых на гидроотвале 162
Вредители и возбудители болезней 169
Содержание минеральных элементов в надземной массе растений агрофитоценозов на спланированных отвалах разреза «листвянский» 175
ГЛАВА 7 Особенности разногодичной динамики агрофитоценозов на спланированных отвалах Кузбасса 222
Основные результаты и выводы 245
Литература 250
Приложения
- Структура посевов люцерны посевной
- Структура посевов злаков
- Структура посевов клевера лугового
- Структура злаковой травосмеси с клевером луговым
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Восстановление биологического разнообразия, как основы устойчивости биогеоценозов и биосферы в целом, на землях, нарушенных при добыче полезных ископаемых, является приоритетной задачей национальной политики многих государств в области экологии (Limstrom, 1960; Coates, 1964; Duffu, 1970; Humphievs, 1978; Уоллворк 1979 и др.). Особенно актуальна эта проблема для России, являющейся крупнейшим поставщиком на мировые рынки сырьевых ресурсов, при добыче которых огромные территории подвергаются жесткому техногенному воздействию.
Основная добыча каменного угля проводится в Кузбассе, являющимся крупнейшим угольным бассейном мира (Мазикин, 1999). Карьерно-отвальные комплексы, образующиеся при добыче угля открытым способом занимают огромные площади, а их восстановление идет очень низкими темпами. Так в конце XX века нарушенные территории составляли около 100 тыс. га, а рекультивировано за все годы менее 20 тыс. га (Баранник, Счастливцев, 1999). При этом территория, испытывающая на себе негативные последствия, связанные с нарушением гидрологического режима, загрязнением прилегающих ландшафтов техногенными токсикантами, усилением эрозионных процессов и др., в десять раз превышает площади самих нарушенных участков. Все это отражается на здоровье населения и является одной из причин усиления социальной напряженности в районах угледобычи. В связи с этим весьма актуальны работы, связанные с нейтрализацией загрязнения окружающей среды и восстановлением биологической продуктивности техногенных ландшафтов, Особенно большое значение имеют научно-исследовательские работы, связанные с разработкой эффективных и экономически выгодных методов биологической рекультивации.
Цели и задачи исследования.
Цель работы - разработка методов создания агрофитоценозов и изучение в динамике их структурных особенностей на производственных площадях спланированных вскрышных отвалов, сложенных породами разного геологического возраста, без нанесения водоупорного и плодородного слоев почвы, без внесения минеральных и органических удобрений, микроорганизмов в лесостепной зоне и на гидроотвале в степной зоне Кузнецкой котловины.
Исходя из указанной цели исследования, были поставлены следующие задачи:
На производственных площадях отвалов разного геологического возраста испытать травосмеси и монокультуры кормовых растений, изучить возможности их использования в качестве сенокосов.
Экспериментально проверить возможность применения для создания агрофитоценозов не только видов злаков и бобовых, доминирующих в зональных сообществах, но и интродуцентов, прошедших испытание на интродукционных участках Центрального сибирского ботанического сада СО РАН.
Выявить флористический состав рекультивированных участков отвалов.
Изучить особенности вертикальной и горизонтальной структуры травостоев.
Определить продуктивность надземной и подземной фитомассы созданных фитоценозов.
Определить видовое разнообразие (а-разнообразие) сообществ.
Изучить жизненное состояние доминирующих видов.
Выявить состав макро- и микроэлементов в почвогрунтах и растениях, выращенных на отвалах, определить в последних накопление различных элементов питания. Выявить виды-концентраторы.
9. Определить длительность стадии продуктивного долголетия созданных агр о фито ценозов. ф Научная новизна.
Изучение структуры и динамики агрофитоценозов на вскрышных породных отвалах представляет значительный интерес в связи с разработкой общей теории адаптациогенеза растений к новым экологическим факторам техногенного происхождения и имеет огромное прикладное значение для биорекультивации нарушенных земель.
Впервые на спланированных отвалах, сложенных пермскими и четвертичными отложениями, созданы на производственных площадях искусственные сообщества, где в качестве ценозообразователей % использовано значительное число видов не только местной, флоры, но и интродуцентов, прошедших испытание на участках Центрального сибирского ботанического сада СО РАН.
На основе многолетних наблюдений, которые проводились со второго года жизни сообществ ежегодных, выявлены особенности формирования искусственных фитоценозов на спланированных отвалах разного относительного возраста и формирования сообществ при естественном зарастании этих отвалов.
Наряду с традиционными геоботаническими методами (изучением видового состава сообществ, надземной и подземной фитомассы, вертикальной структуры) в работе использованы новые подходы, позволившие провести оценку а-разнообразия, плотности и проективного покрытия всех видов, слагающих сообщества, роста и развития доминирующих видов, горизонтальной структуры сообществ, построить кривые значимости видов. Основой для этих исследований послужили методы, используемые в ботанических и зоологических исследованиях * (Ценопопуляции растений, 1976, 1977; Песенко, 1982).
Впервые для агрофитоценозов, созданных на породных отвалах
Кузбасса, приводятся данные по химическому составу почвогрунтов и растений, количественному накоплению последними макро- и
Ф микроэлементов.
Защищаемые положения.
1. Высокопродуктивные посевы монокультур и травосмесей, доминантами которых являются виды злаков и бобовых, характерные для зональных <щ сообществ этого региона, а также интродуценты, можно создавать в
Кузбассе не только на вскрышных отвалах, сформированных четвертичными суглинками, но и на пермских отложениях, которые ранее считались малопригодными для рекультивации. ф 2. Запасы надземной фитомассы, особенности горизонтальной и вертикальной структуры в агро фитоценоз ах близки к аналогичным показателям суходольных лугов. По другим показателям - а -разнообразию, кривым значимости видов, запасу подземной фитомассы, их можно охарактеризовать как сукцессионные. 3. Созданные сообщества обладают высоким потенциальным продуктивным долголетием.
Практическая значимость.
Восстановление нарушенных земель улучшает экологическую и социальную обстановку в Кузбассе, отнесенному к районам экологического бедствия. После проведения рекультивацйонных работ, на площади 125 га, земли возвращены в сельскохозяйственный оборот, и на протяжении 10 лет травостой выкашивается местными жителями механизированным и ручным способами. Сомкнутый растительный покров значительно снизил водную и (» ветровую эрозию.
Разработанная нами эффективная схема биологического этапа рекультивации позволит сэкономить значительные средства.
Разработки, проводимые нами на Листвянском и Моховском разрезах, можно использовать и на других разрезах Кузбасса. Особый интерес представляют самые молодые и перспективные по запасам и качеству угля в этом регионе Ерунаковское и Талдинское месторождения, расположенные недалеко от полигона.
Материалы диссертации используются в лекционном курсе экологии НГПУ в разделе "Техногенные ландшафты и проблемы их рекультивации".
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на Международной конференции "Научно-практические проблемы промышленной ботаники в Казахстане", Караганда (1991); Всероссийской конференции "Эколого- экономические основы безопасной жизнедеятельности", Новосибирск (1993); Межотраслевой научно-практической конференции, Пермь ВНИИОСуголь (1994); Международном совещании "Проблемы реформирования региональной экономики", Кемерово (1994); Отчетных сессиях ЦСБС СО РАН, Новосибирск (1991, 1995); Региональной конференции "Проблемы изучения растительного покрова Сибири", Томск (1996); Международных совещаниях "Биологическая рекультивация нарушенных земель", Екатеринбург (1996, 2002); Межрегиональной научно- практической конференции "Проблемы сохранения биологического разнообразия Южной Сибири", Кемерово (1997); VI, X Международных научно-практических конференциях "Нетрадиционное растениеводство, экология и здоровье", Алушта (1997, 2001); Научно-техническом совете НТА "ОГР Кузбасса" (протокол заседания от 22 мая 1997 г.); Международной научно-практической конференции "Экологические проблемы угледобывающей отрасли в регионе при переходе к устойчивому развитию",
Кемерово (1999); Выездной сессии Президиума биологических наук СО РАН, посвященной 275-летию Российской академии наук, Кемерово (1999); Международной конференции "ENVIROMIS-2000", Томск (2000); Международном совещании "Проблемы охраны растительного мира Сибири", Новосибирск (2001); Выставке-семинаре законченных разработок СО РАН, Чита (2003); XI съезде Русского ботанического общества, Новосибирск, Барнаул (2003); Рабочем совещании по восстановлению нарушенных земель в Кузбассе, Кемерово (2004).
Материалы диссертации использовались при составлении 5 научно-производственных отчетов, переданных в отдел охраны природы концерна "Кузбассразрезуголь", КузбассНИИОГР, непосредственно на разрез "Листвянский" (1989-1992, 1995 гг.)-
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 27 работ.
Объем и структура работы.
Диссертация изложена на 316 страницах, состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы и трех приложений, иллюстрирована 56 рисунками, содержит 35 таблиц. Список использованной литературы включает 245 источник, в том числе 28 иностранных работ.
Автор выражает глубокую признательность своему учителю д.б.н., проф. |А.В. Куминовой], благодарность руководству ОАО ХК концерна "Кузбассрарезуголь", директору разреза "Листвянский" А.А. Резниченко, сотрудникам разреза, администрации разреза "Моховский", академику РАН И.Ю. Коропачинскому, заслуженному деятелю науки РФ, д.б.н., проф. И.М. Красноборову, д.б.н., проф. Р.Я. Пленник, сотрудникам Центрального сибирского ботанического сада СО РАН за оказание содействия при приобретении семян, ценные советы и рекомендации в процессе выполнения работы.
Особую признательность приношу главному специалисту по охране природы ХК ОАО "Кузбассразрезуголь" А.С. Бирюкову за постоянную помощь и поддержку, ведущему инженеру А.В. Швидкой, с.н.с, к.б.н. Э.М. Гонтарь, с.н.с, к.б.н. В.М. Доронькину, с.н.с. Е.Ф. Пищальниковой, с.н.с, к.б.н. р.И. Кузьмину], к.б.н. Н.В. Шеремет и к.б.н. А.В. Каракулову.
Полигон, на котором выполнена работа, создан благодаря финансовой поддержке и предоставлению мощной техники концерном "Кузбассразрезуголь", разрезами "Листвянский" и "Моховский", вторым Управлением рекультивации концерна. Полевые исследования проведены на средства ФЦНТП России "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения", Подпрограмма "Биологическое разнообразие" (1994-1998), per. №№ 336, 323, 317, 245 и Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки" (1997-2001), грант 656, направление 5.1.
Структура посевов люцерны посевной
Обсуждая важнейшие подходы к изучению структуры фитоценозов, В.В. Мазинг (1973), отметил три основных направления в трактовке этого понятия. 1. Структура как синоним состава (видовая структура, популяционная структура, биоморфная структура и т.д.). 2. Структура как синоним строения. 3. Структура как синоним связей.
Данный автор считает, что целесообразно рассматривать понятие структуры как общее понятие, включающее состав из подчиненных элементов и систем, их взаимное расположение (пространственная или морфологическая структура) и различные взаимоотношения между ними (функциональная структура), и все это в динамике, в изменении как в пространстве, так и во времени.
Агрофитоценоз в современной литературе предлагается понимать как многолетнее явление, объединяющее много генераций монокультуры или последовательность культур в севообороте в пределах однородного участка поля (Миркин, Наумова, Злобин, 1991). Один из вариантов агроценозов -посевы трав длительного пользования, где доминируют многолетники (Миркин, Горская, 1989). Сегетальные растения рассматриваются, как естественный элемент агрофитоценозов, который при контролировании оказывается полезным в силу способности сорных видов активизировать биохимический оборот с более глубокими горизонтами почвы, выступать в роли запасников минеральных удобрений, способствовать формированию системы полезных симбиотических связей.
При изучении динамики растительности используют прямые и непрямые, косвенные методы. При экстраполяции пространственных рядов динамики растительности во временные используют косвенные методы. Так, например, наиболее часто при изучении зарастания породных отвалов подбирают отвалы разного возраста отсыпки и экстраполируют пространственный ряд как временной (Кандрашин, 1979; Баранник, 1973; Манаков, 2000). При прямом методе наблюдений получаются более точные данные, так как даже маркшейдер может ошибаться при определении абсолютного возраста отвала, если этот возраст значителен. Кроме того, наши многолетние наблюдения за структурой травостоя в сообществах на отвалах показали, что в разные годы создаются условия для массового появления видов определенных семейств: крестоцветных, бобовых, злаковых и т.д. В связи с этим, существует опасность ошибки в выборе индикаторного вида.
Таким образом, отличительная особенность наших исследований заключается в том, что мы изучали динамические процессы растительности при естественном зарастании отвалов и в посевах многолетних кормовых трав прямым методом, ежегодно, начиная со второго года существования агрофитоценоза.
Посевы проводились на производственных площадях, образующих единый массив, общая площадь которого составляет 100 га. Начиная с третьего-четвертого годов жизни, созданные сообщества используются местным населением в качестве сенокосов. Скашивание травостоя осуществляется механизированным и ручным способами.
На отвалах, сложенных четвертичными отложениями, рассмотрим структуру двух сообществ - посевов люцерны посевной и злаковой травосмеси; кроме того, четвертичными суглинками сложена поверхность гидроотвала на разрезе "Моховский". На отвалах, образованных пермскими отложениями, - злаковой травосмеси, посевов клевера лугового, злаковой травосмеси с клевером луговым, злаковой травосмеси с эспарцетом песчаным, злаковой травосмеси с донником лекарственным. Посевы люцерны посевной, злаковой травосмеси на четвертичных и пермских отложениях, бобово-злаковой травосмеси на гидроотвале проводились в начале июля 1989 г., а остальных - в начале июля 1990 г.
При характеристике структуры агрофитоценозов мы использовали порядок изложения материала, предложенный Р. Уиттекером (1980) с некоторыми дополнениями и изменениями: вертикальная, горизонтальная структуры, надземная фитомасса, состав хозяйственно-ботанических групп, подземная фитомасса, кривые значимости видов, а- разнообразие (число видов на 1 м , индекс полидоминантности Симпсона), число экземпляров растений на 1 м .
Посевы люцерны посевной - Medicago sativa L.
Виды люцерны для биологической рекультивации породных отвалов использовались ранее. Г.П. Серая и Т.С. Чибрик (1985) проводили опыты с люцерной гибридной М. media Pers. на Коркинском разрезе в лесостепной зоне Южного Урала. В Кузбассе Е.Р. Кандрашин (1979) испытывал на мелких делянках люцерну тяныианскую М. tianschanica Vass. в чистых посевах и травосмесях. Люцерна посевная успешно выращивалась в производственных посевах на гидроотвале разреза "Моховский". На вскрышных породных отвалах в лесостепной зоне Кузбасса на производственных площадях этот вид нами испытывался впервые.
Важным показателем строения сообщества является его вертикальная структура, которая отражает состав компонентов, условия среды, характер воздействия человека на растительное сообщество и прошлое ценоза (Ламанова, 1997 а). В литературе наиболее подробно охарактеризована вертикальная структура лугов, а при характеристике структурных особенностей агрофитоценозов, созданных на отвалах, этот вопрос практически не рассматривался.
Средняя высота природных овсяницево-разнотравных лугов, по данным А.В. Куминовой (1950) - 40 см, а максимальная, по данным Г.Г.Павловой (1980), - 70-90 см. По нашим семилетним наблюдениям максимальная высота травостоя посевов люцерны посевной в разные годы колебалась от 80 до 150 см, т.е. значительно превышала высоту ранее существовавших здесь суходольных лугов (рис. 4).
Г.Г.Павлова (1980) выделяет три типа распределения надземной фитомассы по вертикальному профилю. Растянутое, при котором основная масса травостоя (85% от общей массы) заключена в слое 65 см; среднее, при котором 85% надземной биомассы сосредоточено на высоте 0-50 см, и приземное, когда этот показатель приурочен к слою 0-40 см. Растянутость профиля свойственна лесным вариантам суходольных лугов. Приземным распределением биомассы отличаются ценозы с содоминированием бобовых, мелкотравья. Среднее положение по характеру распределения занимает группа ассоциаций суходольных лугов с полидоминантными сообществами, с пестрыми по видовому составу синузиями злаков и разнотравья, т.е. более сложно организованные сообщества.
Структура посевов злаков
В наших посевах люцерны посевной на отвалах разреза "Листвянский" развитие особей было достаточно хорошим. Так, число генеративных побегов на одну особь было следующим: в 1990 году — 3.0 ±0.7 шт. на 1 м", в 1991 - 7.0+0.7, 1992 - 14.8+2.3. Этот же показатель у особей в посевах люцерны (гибрид) третьего года жизни был меньше - 2.3±0.18; 4.2±0.62; 4.8±0.29. Максимальная высота растений в посевах люцерна посевной достигала 110, а в посевах люцерны (гибрид) - 90 см.
По данным Г.П. Серой и Т.С. Чибрик (1985), посевы люцерны (гибрид) на отвалах разреза "Коркинский" практически не способны к самовозобновлению, так как растения в конце вегетации находятся в подфазе зеленых плодов. Или даже если семена и вызревают, то всхожесть их очень низкая. В посевах люцерны посевной на второй год жизни урожайность семян была около 300 кг/га (без применения особых опылителей - пчел-листорезов). Собранными семенами был засеян участок отвалов, всходы были хорошие, на второй год большое число особей вступило в генеративный период. Кроме того, отмечен самосев на прилегающих к посевам участках отвалов
Начиная с 1992 года, посевы люцерны посевной выкашивались в начале июля механизированным способом. В конце августа - начале сентября растения отрастали (средняя высота достигала 60-80 см), цвели и даже завязывали семена. Продуктивность отавы в первые годы жизни сообщества примерно равна величине первого укоса. Эту отаву скашивают, тем самым, ослабляя растения, а в сентябре-октябре жители ближайшей деревни загоняют на этот участок скот, поэтому в посевах появляются места, занятые синантропными видами. На начальных стадиях развития агр о фитоценоза (2 и 3 годы) среди сорных видов преобладали виды разнотравья: Cirsium setosum, Tussilago farfara, Descurainia sophia, из бобовых - Melilotus officinalis. Кроме того, с соседнего участка была занесена Festuca arundinacea - интродуцированный вид, не встречающейся в этом регионе. Начиная с пятого года, постепенно внедряются местные виды злаков (Dactylis glomerata, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Phleum pratense), которые позднее займут доминирующее положение в сообществе. Посевы злаков Посевы злаков были проведены на площади около 20 га на отвалах сложенных четвертичными и пермскими отложениями.
А.В. Ронгинская (1988) при характеристике лугов Салаирского кряжа, прилегающего к нашему району, отмечает, что наибольшее ландшафтное значение имеют ежовые, тимофеечно-ежовые и овсяницево-ежовые луга. В связи с этим, при формировании травосмеси в ее состав были введены семена злаков, доминирующих в суходольных лугах этого региона: ежи сборной, полевицы гигантской, тимофеевки луговой. Кроме того, использовались семена костреца безостого, довольно обычного вида для луговых сообществ, и одного вида, несвойственного для этого региона -райграса высокого или французского.
Средняя высота травостоя за шесть лет наблюдений на четвертичных отложениях составила 119 см, лимиты от 100 до 150 см, на пермских средняя высота - 115 см, лимиты от 100 до 140 см (рис. 7, 8). В злаковой травосмеси на отвалах, сложенных четвертичными отложениями, во все годы наблюдений распределение растений по вертикальному профилю растянутое. Исключение составляет 1993 г., когда оно было приземным. На пермских отложениях на второй год жизни сообщества распределение было приземным, третий, четвертый - растянутым, пятый, шестой, седьмой средним. Таким образом, по этому показателю в злаковой травосмеси на пермских отложениях происходит постепенной усложнение структуры сообщества
Общий вид графиков процентного распределения надземной фитомассы суходольных лугов по слоям в 10 см имеет форму пирамиды. Такую же форму имеют графики злаковой травосмеси на четвертичных и пермских отложениях, за исключением третьего года жизни сообщества на четвертичных отложениях. Таким образом, можно высказать предположение, что доминирование злаков в суходольных лугах и на отвалах приводит к созданию оптимальной вертикальной структуры сообществ в виде пирамиды, позволяющей наиболее полно использовать солнечную энергию, что повышает, в конечном итоге, устойчивость сообществ.
В созданных нами агрофитоценозах, с увеличением возраста сообщества, происходит увеличение числа контагиозно расположенных видов: на четвертичных суглинках оно составляло на второй год жизни 67.7%, на третий год - 90.5%, четвертый - 68,2%, пятый - 78.6%. На пермских отложениях - 30.4%, 59,1%, 79.1%, 85.7% соответственно.
Случайное распределение, при котором положение каждой особи в пространстве определяется факторами, не зависимыми от тех, какие определяют положение других особей, преобладало в злаковой травосмеси на перми на второй год жизни сообщества - 69.6% от общего числа видов. Затем число их постепенно сокращалось: 40.9% - третий год, 16.7% -четвертый, 9.5% - пятый. На четвертичных отложениях такое распределение составляло на второй год жизни 32.3%о, на третий - 9.5%, на четвертый -31.8%, на пятый -21.4%.
Структура посевов клевера лугового
Клевер луговой, несмотря на высокие кормовые достоинства этого вида, для восстановления нарушенных земель используется недостаточно активно. Так, для отвалов Коркинского угольного разреза, где испытывалось достаточно большое число видов кормовых растений, приводятся только некоторые миксосимбиотические показатели клевера лугового в зависимости от возрастного состояния (Чибрик, Саламатова, 1985). На вскрышных породных отвалах в лесостепной зоне Кузбасса на производственных площадях этот вид нами испытывался впервые. Посев был произведен в 1990 году на общей площади около 20 га на хорошо спланированных отвалах, сложенных пермскими отложениями. Анализ вертикальной структуры данного сообщества показал следующие закономерности. Высота травостоя в разные годы колебалась от 60 до ПО см, т.е. примерно равна высоте существовавших здесь ранее суходольных лугов (рис. 14). Распределение надземной фитомассы по вертикальному профилю на второй год жизни агрофитоценоза (1991 г.) было средним, третий - растянутым, далее (1993-1995 гг.)-приземным.
Распределение надземной фитомассы по слоям 10 см не имеет формы пирамиды, характерной для суходольных лугов.
Характер горизонтального распределения видов по площади агрофитоценоза меняется по годам. На второй год виды, имеющие контагиозное распределение, составляют 36.4%, на третий - 73.9%, четвертый - 66,7%. Случайное распределение особей по площади посевов клевера было значительным в первый год пользования (второй год жизни) составило 63.6%, затем снизилось до 26.1% в 1992 году, в 1993 году составило 33.3%.
Средняя продуктивность сырой надземной фитомассы посевов клевера лугового на вскрышных отвалах в 1991-1995 гг. составила 74,9 ц/га, лимиты от 43.4 до 144.9 ц/га. Средняя продуктивность сухой надземной фитомассы в эти же годы была 28.4 ц/га, лимиты от 14,6 до 41.3 ц/га. Таким образом, надземная фитомасса посевов клевера в лесостепной зоне Кузбасса на вскрышных породных отвалах, сложенных пермскими отложениями, не уступает продуктивности ранее существовавших здесь лугов (рис. 15).
Состав хозяйственно-ботанических групп можно считать хорошим; вклад бобовых составляет от 76.4 до 98.9%, причем на долю клевера приходится в 1991 г. - 97.1% , 1992 г. - 63.2%, 1993 г. - 97.5 %, 1994 г. -54.8%, в 1995 г. - 78.3%. Колебания воздушно-сухой фитомассы клевера составили 8-40.1 ц/га, среднее значение воздушно-сухой надземной фитомассы за пять лет - 23 ц/га. Виды синантропного разнотравья составляют небольшой процент от общей фитомассы (рис.15) Как показали наши исследования, на отвалах сорные виды особенно активно вытесняют бобовые: клевер и люцерна (Ламанова, 1997 б). Так доля участия люцерны посевной на второй год жизни сообщества составила 72.9% от общей фитомассы, а клевера лугового - 97.1%. Эта разница связана не с большей фитоценотической активностью клевера лугового, а с особенностью субстрата - четвертичные отложения, на которых растет люцерна посевная, более засорены, чем отвалы, сложенные пермскими отложениями.
Если учитывать надземную фитомассу, фитомелиоративный период заканчивается на второй год жизни сообщества. Если же учитывать не только надземную, но и подземную фитомассу, то получается несколько иная картина (табл. 15). Общее проективное покрытие надземной части травостоя в посевах клевера на третий год жизни довольно высокое, надземная фитомасса значительно превышает аналогичный показатель естественных фитопенозов. Подземная фитомасса в посевах клевера более чем в 5-8 раз уступает этому показателю злаково-ковыльной степи и мятликово-разнотравному остепненному лугу, поэтому и общая биомасса в агрофитоценозе значительно меньше, чем в естественных растительных сообществах.
Анализ моделей распределения видов по обилию показал довольно сложную структуру посевов клевера по этому показателю: 1991 г. - лог-ряд, 1992 г. - логнормальное распределение, 1993 г.- логнормальное распределение (рис. 16). Таким образом, посевы клевера лугового на третий и четвертый годы жизни имеют такое же распределение видов по обилию, как и большинство естественных растительных сообществ и имеют по этому показателю более сложную структуру, чем естественные фитоценозы на юге Новосибирской области. Число видов на 1 м на второй год жизни L сообщества невелико, около 3 видов, но затем оно быстро увеличивается и на четвертый год, примерно, выравнивается с показателем злаково ковыльной степи. Увеличение числа видов происходит за счет сорных видов - агрофитов; наиболее существенный вклад в структуру сообщества на 0 второй год жизни кроме клевера лугового вносили: Melilotus officinalis,
Lactuca seriola; в последующие годы - Tussilago farfara, Artemisia vulgaris, Taraxacun officinalis, Lappula squarrosa. Злаки - Festuca arundinacea, Dactylis glomerara, Agrostis alba заходят на этот участок с соседних посевов, но существенного влияния на состав сообщества, в отличие от посевов люцерны (Ламанова, Ї997 б), здесь не оказывают.
Т Важным показателем видового разнообразия сообществ служит степень выравненности или равновозможности, с которой особи распределены по видам. Этот показатель оценивался с помощью индекса полидоминантности Симпсона. Значения индекса полидоминантности в первые два года очень мало, затем оно несколько увеличивается. Таким образом, а-разнообразие посевов клевера незначительное. Число экземпляров растений на 1 м2 тоже не очень высокое (табл. 16), хотя в отдельные годы, так же, как и в посевах люцерны посевной, появляются всплески плотности за счет появления проростков и ювенильных растений, !щ которые в большинстве своем быстро погибают.
Структура злаковой травосмеси с клевером луговым
Среди злаков по своему обилию выделялся, как и в травосмеси с клевером, Agropyron cristatum. Участие Arrhenatherum elatius было незначительным, но» в отличие от злаковой травосмеси с клевером, повысилась роль в сложении травостоя полевицы гигантской (рис. 21). Среди видов разнотравья следует отметить Carduus nutans, Rumex acetosella, Cirsium setosum и др. Если учитывать не только надземную, но и подземную фитомассу, то суммарный показатель продуктивности на третий год жизни сообщества будет в три раза меньше, чем в зональных сообществах, так как вес корневых систем здесь меньше в 3 раза, чем в злаково-ковыльной степи, и в 4 раза, чем в мятликово разнотравном остепненном лугу (табл. 17).
При сравнении плотностей особей эспарцета в производственных посевах на породных отвалах Листвянского разреза с посевами на Коркинском разрезе (Серая, Чибрик, 1985) выявились существенные различия в поведении вида. На Коркинском разрезе в чистых посевах эспарцета плотность его популяций без внесения минеральных удобрений составила на третий год жизни на разных участках от 209 до 300 особей на 1 м . В производственных посевах в смеси со злаками на Листвянском разрезе плотность эспарцета была значительно ниже: на второй год жизни - 8.8+2.5 особей на 1 м2, на третий - 33±1.3, на четвертый - 80.4± 25.6. Вес одного эспарцета на Листвягах, как правило, выше чем в чистых посевах на отвалах Коркинского разреза. Это связано с более мощным развитием особей эспарцета в наших условиях. Число генеративных побегов, приходящихся на одну особь в генеративном состоянии на Коркинском разрезе на третий год жизни - 2.4+0.16, на Листвянском разрезе на второй год жизни - 2.9±0.3, на третий - 11.2 ±1 Л, на четвертый - 16.3 +1.5 Модели распределения видов по снижается. Но пики обилия в отдельные годы могут повторяться.
В травосмеси злаков с донником лекарственным высота травостоя колебалась от 80 см до 130 см при средней высоте около 102 см, т.е. превышала высоту ранее существовавших здесь суходольных лугов. Распределение по вертикальному профилю носило волнообразный характер, что связано с колебанием высоты самого донника - двулетнего растения. На второй год жизни сообщества - растянутое распределение, на третий -среднее, на четвертый — приземное, на пятый — среднее, на шестой -растянутое. За исключением второго года жизни, все графики имели форму пирамиды (рис. 25).
Продуктивность сырой надземной фитомассы в посевах злаков с донником в 199Ы995 годах колебалась от 33.2 ц/га до 98.1 ц/га при среднем значении 57.3 ц/га; воздушно-сухой - от 18,6 до 37.5 ц/га, при среднем значении 25.6 ц/га. Таким образом, надземная фитомасса посевов равна надземной фитомассе разнотравно-овсяницевых лугов (рис, 26).
Состав хозяйственно-ботанических групп хороший: преобладают бобовые и злаки, виды синантропного разнотравья составляют от долей процента до 7. На второй год жизни сообщества доминирует сортовой донник лекарственный. Растения достигают генеративного состояния и во время цветения привлекают большое количество пчел, в отличие от местных популяций, которые пчелы во время цветения не посещают. Завязывается большое количество семян, но, несмотря на это, такого взрыва обилия этого вида за годы наблюдений не происходит.
С участков соседних фитоценозов заходят эспарцет песчаный, ставший доминантом и клевер луговой, обилие которого гораздо ниже (рис. 21). Среди злаков доминируют иные виды, чем в соседних агрофитоценозах. Во-первых, это Festuca arundinacea, на долю которой, на третий год приходится около 50% общего веса надземной фитомассы, затем доля ее участия снижается.
