На фоне продолжающегося активного техногенного воздействия особое значение приобретают проблемы восстановления экосистем, в частности вопросы рекультивации отвалов, возникших в результате многолетних разработок полезных ископаемых.
Основным путем рекультивации является создание на отвалах растительных сообществ, которые могли бы трансформировать химический состав и структуру грунтов отвалов с целью формирования квазинатурального почвенного покрова и создания относительно устойчивых антропогенных экосистем в целом [22].
С этой целью во многих регионах России проводятся работы по созданию лесных насаждений на отвалах (в первую очередь – угледобычи) [3, 8, 9]. Вопросы рекультивации отвалов затрагивались при изучении угольных месторождений Кузбасса [8, 12], Донбасса [10]; отвалов Учалинского горно-обогатительного комбината [7]; Челябинского угольного бассейна [6]; отвалов Башкирского медно-серного комбината (г. Сибай), отвалы карьеров Зигазино-Комаровского железорудного месторождения (Туканский, Комаровский, Ерматаевский и Западно-Майгашлинский) [3] и др.
Необходимым условием эффективности рекультивации является использование современных научных подходов и мониторинг формируемых древостоев с разных точек зрения (анатомические, морфологические и экологические адаптации растений к техногенному загрязнению, пути миграции элементов в создаваемых экосистемах и др.) [11, 14]. Для достижения конечной цели рекультивации – восстановления техногенно нарушенного ландшафта – необходимо формирование полнокомпонентных экосистем [4, 19], т.е. имеющих устойчивую флору, фауну, микобиоту. Соответственно для оценки результатов рекультивации необходим контроль не только искусственных древостоев, но и остальных компонентов биоты восстанавливаемых систем [20].
Объектом исследований была биота искусственных лесных экосистем, существующих на отвалах Кумертауского буроугольного разреза (КБР), которые формировались с середины ХХ века и представляют собой грунты с высоким содержанием токсичных компонентов [4]. Проблемы естественного зарастания и рекультивации этих отвалов привлекли внимание исследователей в начале 80-х годов ХХ века – были изучены химизм почвогрунтов, травянистая растительность отвалов, была проведена оценка общего жизненного состояния искусственных насаждений, а также исследованы особенности экологии древесных растений в техногенных условиях [3, 11, 14 и др.].
Целью наших исследований было изучение видового состава и структуры флоры, микобиоты и энтомофауны этих насаждений спустя 30 лет после предыдущих исследований для определения их самобытности в сравнении с аналогичными насаждениями того же породного состава, произрастающими в тех же природных условиях, но на типичных почвах, без выраженного техногенного влияния.
Материалы и методы исследования
Отвалы Кумертауского буроугольного разреза (КБР) (г. Кумертау, республика Башкортостан), которые относятся к району Стерлитамакского промышленного узла (52?45? с.ш. и 55?51? в.д.), характеризуются большой неоднородностью состава отсыпных пород [1]. Техногенные почвогрунты и молодые почвы Кумертауских отвалов бедны азотом, подвижным фосфором и характеризуются сравнительно высоким количеством поглощенных оснований.
На отвалах КБР представлены разнообразные формы рельефа, которые обеспечивают разнообразие условий микроместообитаний, что сказывается на особенностях почвенного и растительного покрова.
Необходимо отметить, что отсыпка отвалов завершена более 30 лет назад и по настоящее время происходит процесс зарастания техногенно-трансформированного ландшафта.
С целью рекультивации отвалов КБР на них проводились опыты по посеву семян ясеня зеленого, клена остролистного, дуба черешчатого; в 1982 году производилась механизированная посадка 2-летних сеянцев сосны, лиственницы, березы; проводились опыты по посадке ив и тополей, облепихи крушиновой и смородины золотистой [3].
Наши исследования охватывали искусственные насаждения березы бородавчатой и сосны обыкновенной на отвалах КБР, а также контрольные искусственные насаждения того же породного состава на г. Уральской, расположенной вблизи г. Кумертау, но отличающейся от отвалов по рельефу и почвенному покрову.
Сбор данных для анализа состояния биоты искусственных насаждений на отвалах КБР производился в разные сезоны 2012–2014 гг. В ходе исследований производилась оценка ОЖС насаждений по В. Алексееву [32], геоботаническое описание пробных площадок и сбор гербария высших растений [24], сбор образцов плодовых тел древоразрушающих базидиальных грибов [13] и отлов жесткокрылых – герпетобионтов при помощи ловушек Барбера [15].
Для исследования были заложены 6 пробных площадей: 3 в посадках сосны на отвалах КБР, 1 – в посадке березы на отвалах КБР, 1 – в посадках сосны на северо-восточном склоне г. Уральская, 1 – в посадке лиственницы на шлейфе склона г. Уральская.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ оценки общего жизненного состояния изученных древостоев показал, что насаждения сосны на отвалах КБР характеризуются пониженной жизненностью, существенной изреженностью, низким бонитетом; ОЖС варьирует от 51,2 до 68,8 %, т.е. может быть охарактеризовано как «ослабленное». ОЖС насаждений сосны с высокой полнотой древостоя на склоне г. Уральская составляет 61,2 %. Для сравнения, ОЖС искусственных насаждений сосны в соседнем Тюльганском районе Оренбургской области достигает 79,5 % [21]. Из этого можно сделать вывод, что загрязнение среды, в частности атмосферного воздуха, оказывает заметное влияние на жизненное состояние древостоев.
В результате изучения флоры травянистых растений под пологом искусственных насаждений было отмечено 19 видов высших растений, относящихся к 19 родам и 13 семействам. Собственно под пологом искусственных насаждений на отвалах КБР было обнаружено 14 видов высших растений, относящихся к 14 родам. На горе Уральской было обнаружено 8 видов, относящихся к 8 родам. При этом несколько большее разнообразие флоры отмечено в насаждениях сосны, а наименьшее – в насаждениях березы.
Анализ сходства видового состава травянистых растений разных изученных насаждений с использованием коэффициента сходства Сёренсена – Чекановского показал существенные отличия между флорой, произрастающей на отвалах КБР, и флорой, сформированной под пологом насаждений на г. Уральская. В обоих случаях флору отмечала крайне малое число видов и низкое проективное покрытие (0–20 %). Возможно, причиной малого видового разнообразия изученной флоры является специфичность почвогрунтов отвалов.
Говоря о формировании антропогенных лесных экосистем, необходимо учитывать степень сформированности и специфичность не только растительного компонента, но и системы редуцентов, обеспечивающей круговорот вещества и энергии в экосистемах. Для определения особенностей этого блока экосистем искусственных насаждений на отвалах КБР нами были проанализированы биота древоразрушающих макромицетов и фауна жесткокрылых герпетобионтов.
Базидиальные древоразрушающие грибы являются частью наиболее многочисленной экологической группы грибов – сапротрофов, играющих ведущую роль в системе редуцентов. Это типичные обитатели лесных экосистем, субстратом для которых является древесина. Они способствуют отпаду старых деревьев и осуществляют деструкцию отмершей древесины, обеспечивая круговорот веществ в экосистемах за счет выработки соответствующих ферментов, способных разлагать лигнин и целлюлозу [13].
В результате проведенных исследований дереворазрушающие грибы были обнаружены лишь в искусственных насаждениях сосны на отвалах КБР и на г. Уральская [22].
В общей сложности на отвалах КБР было обнаружено 8 видов дереворазрушающих грибов, относящихся к 5 родам: Coniophora puteana (Schumach.: Fr.) P. Karst., Gloeoporus taxicola (Pers.: Fr.) Gilb. & Ryv., Hyphodontia aspera (Fr.) J. Erikss., H. crustosa (Pers.: Fr.) J. Erikss., H. paradoxa (Schrad.: Fr.) E. Langer & Vesterholt, H. rimosissima (Peck.) Gilb., Phlebia cornea (Bourdot & Galzin) Parmasto, Trichaptum fuscoviolaceum (Ehrenb.: Fr.) Ryv.. На горе Уральской было обнаружено 12 видов, относящихся к 9 родам.
Для того чтобы объективно оценить выявленное разнообразие, необходимо упомянуть, что ранее в южных районах Республики Башкортостан было отмечено 69 видов ксилотрофных грибов [16]. Из числа упомянутых видов пять являются новыми для региона: Hyphodontia aspera (Fr.) J. Erikss, Hyphodontia crustosa (Pers.: Fr.) J. Erikss, Tubulicrinis hirtellus (Bourdot & Galzin) J. Erikss, Phlebia cornea (Bourdot & Galzin) Parmasto, Hyphodontia rimosissima (Peck.) Gilb.
Низкое видовое разнообразие грибов в одновозрастных насаждениях является вполне закономерным, и большее значение для анализа состояния микобиоты имеет относительная численность видов. Во всех изученных древостоях преобладали Trichaptum fuscoviolaceum, Gloeoporus taxicola и Coniophora puteana. Доминирование этих видов отмечено и в большинстве естественных и искусственных сосняков Южного Приуралья в пределах Оренбургской области [17, 18].
Для оценки относительной сформированности было проведено сравнение видового состава локальных микобиот древостоев сосны, произрастающих на отвалах КБР и у г. Уральская с использованием коэффициента Сёренсена – Чекановского. По видовому составу более близки площадки на КБР, что, вероятно, обусловлено сходными условиями местообитаний.
Выбор в качестве объекта энтомологических исследований герпетобионтных жесткокрылых связан с тем, что данная группа отличается быстротой реакции на изменение почвенно-растительных условий и служит признанным индикатором данных изменений [5]. Они являются удобным объектом для биоиндикационных исследований, поскольку ведут преимущественно оседлый образ жизни, отличаются большим видовым разнообразием, обладают высокой и довольно стабильной численностью, включают группы с широкими экологическими требованиями и характеризуются широкими трофическими связями [23].
В изученных насаждениях был отмечен 21 вид жужелиц, относящихся к 17 родам, 13 подсемействам и 9 семействам. Численно и по видовому разнообразию доминировали жужелицы (Carabidae), лишь в посадке на г. Уральской доминировал Anoplotrupes stercorosus (Hartmann in L.G. Scriba, 1791) из семейства навозников-землероев (Geotrupidae).
Анализ показывает относительную бедность видового состава летнего населения жесткокрылых на всех описываемых площадках. Наибольшее количество видов (10) отмечено в посадке лиственницы у г. Уральская. На остальных площадках зарегистрировано от 2 до 8 видов [15].
Анализ сходства видового состава энтомофауны разных типов насаждений с использованием коэффициента сходства Сёренсена – Чекановского показал существенные различия между этими насаждениями (максимальный показатель – 0,50). Кластерный анализ показал возможность выделения 2 кластеров: посадки сосны на отвалах КБР и посадки сосны и лиственницы на горе Уральской.
Заключение
Полученные нами данные позволяют прийти к заключению, что в искусственных насаждениях на отвалах КБР происходит формирование своеобразных биотических комплексов, которые по структуре доминантов близки к комплексам других искусственных и естественных древостоев аналогичного состава в Южном Приуралье, но отличаются низким видовым разнообразием вследствие сравнительно малого возраста и специфики средовых условий, определяемых структурой насаждений.
Вероятно, на структуру формирующихся сообществ оказывает косвенное влияние и техногенная природа грунтов, на которых произрастают древостои, однако обоснованный вывод по этому поводу можно будет сделать только при условии проведения соответствующих химических анализов биологических объектов и при накоплении большего объёма данных о видовом составе биоты. Можно предположить, что дальнейшее развитие биотических комплексов будет идти в направлении, характерном для сообществ искусственных насаждений прилегающих территорий [20]; при этом будут сохраняться и специфичные черты, обусловленные техногенной нагрузкой на эти экосистемы.
Таким образом, в результате начатых 32 года назад работ по лесной рекультивации отвалов Кумертауского буроугольного разреза вполне сформировалась специфичная фитосреда, о чем свидетельствует своеобразие комплексов видов и их отличие от аналогичных комплексов лесных насаждений иного генезиса. В целом работы по лесной рекультивации можно считать вполне успешными, о чем свидетельствует появление в антропогенных насаждениях специфичных экологических ниш, которые заселяются редкими видами, не обнаруженными на прилегающих территориях.
Рецензенты:
Русанов А.М., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой общей биологии, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург;
Мирошников С.А., д.б.н., профессор, директор ГНУ ВНИИМС, г. Оренбург.
Работа поступила в редакцию 01.10.2014.
Библиографическая ссылка
Сафонов М.А., Чердинцев А.А., Маленкова А.С., Зайнагабдинова З.И. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БИОТЫ ИСКУССТВЕННЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ОТВАЛОВ КУМЕРТАУСКОГО БУРОУГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА (БАШКОРТОСТАН) // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-1. – С. 78-82;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35481 (дата обращения: 25.04.2024).