Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

РАСТИТЕЛЬНЫЕ СУКЦЕССИИ НА ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ ЗАПАДНОЙ ЯКУТИИ И ИХ ОПТИМИЗАЦИЯ

Миронова С. И.,

3.5. Растительность природно-техногенных ландшафтов

Бассейн р. Вилюй – крупный центр добычи алмазов. При открытой добыче, прежде всего, уничтожается лесная и пойменная растительность, т.к. добыча алмазов ведется в поймах и долинах больших и малых притоков р. Вилюй (р. Марха с притоками Далдын, Сытыкан, р. Малая и Большая Ботуобуя, Ирелях).

Техногенные воздействия приводят к глубоким изменениям природной среды, и в первую очередь, растительного покрова. Исследования растительности на контрольных участках расположенных по долинам р. Чуоналыыр и Малая Ботуобуя (Мирнинский улус) проводились с целью изучения трансформации растительного покрова под воздействием антропогенного (техногенного) пресса (Поисеева, 2000).

На контрольных участках растительность представлена естественными лесными, кустарниковыми и травянистыми сообществами с богатым флористическим составом (181 вид), развитыми структурными ярусами. Ведущие семейства исследованных территорий: Poaceae, Asteraceae, Rosaceae, Cyperaceae, Ranunculaceae, Scrophulariaceae, Ericaceae. Встречены виды, занесенные в Красную книгу РС (Якутия) – Dactylorhiza fuchsii из семейства Орхидных, статус III г категории и Nymphaea tetragona из семейства Кувшинковых, статус II категория (Красная книга…, 2000).

Доминирующим типом растительности являются лиственничные леса с преобладанием брусничных лиственничников. Древостой состоит из Larix gmelinii и Picea obovata, иногда с единичной примесью Betula platyphylla, Pinus sylvestris. В подлеске обычны Betula fruticosa и B. exilis, Pentaphylloides fruticosa, Rosa acicularis и R. jacutica, Juniperus sibirica, Spiraea media и S. salicifolia. Кустарничковый покров представлен из доминирующих Vaccinium vitis-idaea, V. uliginosum, Arctous erythrocarpa, Pyrola asarifolia. В мохово-лишайниковом покрове господствуют бриевые мхи, на сухих участках – лишайники.

Растительность под воздействием антропогенных (техногенных) факторов претерпела значительные изменения и вокруг населенных пунктов и г. Мирный. Видовое разнообразие и структура фитоценозов представляют собой различные стадии трансформации.

Травяно-кустарничковый покров в лесных сообществах не развит или напротив, многовидовой за счет вытеснения лесных видов и разрастания сорных травянистых – Hordeum jubatum, Crepis tectorum, Erigeron acris, Plantago major и др.

Мохово-лишайниковый покров – либо развит слабо, либо отсутствует совсем. На территории города и промышленных сооружений растительность полностью уничтожена, поверхность неравномерно спланирована насыпными крупнообломочными грунтами.

Карьеры и отвалы окружены лиственничной тайгой с фрагментами пойменной растительности из ивняков и осоково-вейниковых кочкарников.

По руслам рек наблюдается произрастание подроста единичных ив, которые, не выдержав конкуренции с более устойчивыми многолетними травами, исчезают в первые годы, а затем снова появляются через 10–15 лет в виде ивняковых сообществ с доминированием Beckmannia syzigachne, Calamagrostis langsdorffii и Salix viminalis.

На дражных отвалах по долинам рек Ирелях и Малая Ботуобуя в течение 30–40-а лет не произошло полного восстановления даже кустарниковых (ивовых) сообществ. Процессы самозарастания травянистой растительности на отвалах идут медленно – десятки лет, а восстановление лесной растительности, особенно лишайниковых сообществ – растянется на сотни лет.

Техногенную растительность мы начали изучать с 1988-го года, когда был разрешен доступ к отвалам алмазных карьеров. Исследованием охвачены отвалы трубок Мир, Айхал, Удачный, рудников Интернациональный, им. ХХ Партсъезда КПСС, дражные полигоны по рекам Ирелях, Ботуобуя, а также техногенные ландшафты этих территорий (Миронова и др., 1990; Миронова, 2000, Поисеева, 2000 и др.).

В последние годы дополнительно исследованы территории новых месторождений алмазов в бассейне р. Марха (Ботуобуинская, Нюрбинская). Впервые были получены фактические данные о растительности до разработки месторождений. Установлено, что на отвалах карьера «Мир» состав флоры насчитывает всего 8,5 % от общей флоры бассейна р. Вилюй – 53 вида высших сосудистых растений (Поисеева, 2000). Ведущими семействами на отвалах являются Asteraceae и Poaceae, Fabaceae и Polygonaceae, Brassicaceae. Наблюдается выпадение из состава флоры 23 семейств.

Эколого-флористическая классификация растительности нарушенных земель и ординация видов вдоль сукцессионного времени проводились С.И. Мироновой и другими (Миронова, 1981, 1982, 1983, 1995, 1996; Миронова и др., 1990; Mironova, 1994; Sumina, Mironova, 2004) и обобщены в монографии «Техногенные сукцессионные системы растительности Якутии» в 2000 г.

Растительность техногенных земель (часто называем рудеральная растительность) отличается от естественной растительности следующими признаками (Миркин, 1984; Миронова, 2000; Черосов и др., 2005):

– нестабильностью и экологической неоднородностью флористического состава;

– флористической не полночленностью;

Зарастание растительности на отвалах (как дражных, так и карьерных) представляет собой первичную сукцессию и находится под влиянием многих факторов – природных условий, накопления мелкозема, близости семенного пула и других.

На отвалах произрастание растений зависит от высоты и крутизны откоса отвалов, скорости накопления мелкозема и наличия семенного материала.

Отвалы пустых пород из карьеров представляют собой «техногенные горы» высотой до 30–100 м и крутизной откоса до 60°.

Исследование растительности техногенных ландшафтов – отвалов пустых пород – проведены с применением эколого-флористической классификации и прямой ординации видов.

С помощью традиционной индуктивной классификации и дедуктивного метода K. Kopecky, S. Hejny нами выделено 5 классов, включающих 4 порядка, 4 союза, 6 ассоциаций, 9 субассоциаций, 26 вариантов, а также 6 базальных и 8 дериватных сообществ (Миронова 2000).

Продромус растительности отвалов (Миронова, 2000)

Класс Epilobietea angustifolii Tx.et Prag. in Tx. 1950

Д.с. Elytrigia repens + Chamerion angustifolium [Epilobietea]

Д.с. Rubus sachalinensis + Chamerion angustifolium [Epilobietea]

Д.с. Salix viminalis + Chamerion angustifolium [Epilobietea]

Д.с. Betula fruticosa + Chamerion angustifolium [Epilobietea]

Класс Molinio-Arrhenatheretea Tx. 1937

Д.с. Juncus compressus + Hordeum brevisubulatum

[Molinio-Arrhenatheretea]

Класс Puccinellio-Hordeetea jubati Mirk. in Gogl. et al. 1987

Порядок Puccinellio-Hordeetalia jubati Mirk. in Gogl. et al. 1987

Союз Puccinellio-Hordeion jubati Mirk. in Gogl. et al. 1987

Асс. Chamerio-Hordeetum jubati ass. nova

субасс. Ch.-H. typicum subass. nova варианты typica;

Chenopodium album ;

Artemisia mongolica;

Chamomilla suaveolens;

Асс. Chamomillo-Hordeetum jubati ass. nova

субасс. Ch.-H. typicum ,subass. nova

варианты typica;

Carduus crispus;

Triglochin palustre;

Асс. Puccinellio-Hordeetum jubati Mirk., Gogl. 1987

субасс. P.-H. typicum Mirk., Gogl. 1987

варианты Chenopodium album;

typica;

Elymus kronokensis;

Juncus compressus;

Союз Beckmannio-Hordeion jubati Gogl. et Czerosov 1987

Acc. Beckmannio-Hordeetum jubati Gogl. et Czerosov 1987

субасс. B.-H. typicum subass nova

варианты Chamomilla suaveolens;

Senecio congestus;

Класс Artemisietea jacuticae Gogl. et al. 1987

Д.с. Chenopodium album + Artemisia jacutica [Artemisietea jacuticae];

Д.с. Polygonum avicularis + Artemisia jacutica [Artemisietea jacuticae];

Д.с. Hordeum jubatum + Artemisia jacutica [Artemisietea jacuticae];

Порядок Elytrigio-Artemisietalia jacuticae Gogl. et al. 1987

Союз Trifolio repentis-Artemision mongolicae Czerosov et al.1995.

Асс. Chamerio-Artemisietum mongolicae ass.nova

субасс. Ch.-A. typicum subass. nova

варианты typica;

Equisetum arvense;

Calamagrostis langsdorffii;

субасс. Ch.-A. salicetosum viminalis subass. nova

варианты typica;

Calamagrostis langsdorffii;

Асс. Trifolio repentis-Artemisietum mongolicae Czerosov et al.1995.

субасс. Tr.-A. chamerietosum angustifolii subass. nova

варианты typica;

Elytrigia repens;

Puccinellia hauptiana;

Класс Salicetea purpurea Moor 1958;

Б.с. Juncus compressus + Salix viminalis [Salicetea]

Б.с. Hordeum brevisubulatum + Salix viminalis [Salicetea]

Б.с. Beckmannia syzigachne + Salix viminalis [Salicetea]

Б.с. Calamagrosteto langsdorffii- + Salix viminalis [Salicetea]

Использованный в настоящей работе метод Браун-Бланке показал, что разные ранги маркируют разные экологические местообитания.

Синтаксоны отвалов Западной Якутии представляют относительно начальные и средние стадии сукцессии растительности. Динамика изменения флористического состава фитоценоза вдоль пространственных и экологических градиентов основывается на выделенные сообщества, образующих целую систему восстановительной сукцессии.

Сукцессионные изменения определяются в градиентном анализе по оси возраста отвалов (Миркин и др., 1968; Миркин, Миронова, 1999; Миронова, 2000). Выборки для ординационного анализа проводились на отвалах карьеров алмазных месторождений (трубки «Мир», «Айхал», «Удачный»). Для ординации отвалы были подразделены на 2 уровня: верхний (поверхность и склоны отвалов) и нижний («пазухи»).

Возраст отвалов был определен по маркшейдерским картам М., 25000.

Ординация выполнена в соответствии с методикой Б.М. Миркина и Г.С. Розенберга (1978). Анализ изменения постоянства видов вдоль оси времени слагается из двух этапов: установления степени влияния фактора ординации (однофакторный дисперсионный анализ) и построения кривой распределения видов по градациям верхнего и нижнего уровней отвалов.

При этом использованы фитосоциологические оценки видов по их афинности, что позволяет проследить изменение синтаксономического спектра в ходе сукцессии. Проанализированы изменения спектра жизненных форм видов по стадиям сукцессии, участия экологически значимых семейств злаков и бобовых, а также показатели разнообразия – видового богатства (альфа – и гамма-разнообразия) и проективного покрытия. Для изучения сходства видового состава разных стадий сукцессии применялся известный коэффициент сходства Съеренсена (Миркин и др., 1989, Миронова, 2000).

Результат ординации – упорядочения видов вдоль оси времени – носит название хроноклина. Хроноклин позволяет описывать сукцессии. На отвалах определенного возраста сукцессионные ряды были разбиты на 4 стадий-классов. Получено 2 варианта хроноклинов: 1 – верхний уровень отвалов; 2 – нижний уровень отвалов; Для каждого вида определена синтаксономическая принадлежность соответственно списку классов растительности СССР (1989).

Виды хроноклинов упорядочены по положению моды от первых внедренцев в сукцессию на молодых отвалах до установившихся видов более старых отвалов (более 20 лет). Это выявило общую закономерность смены видов и время появления разных видов в сукцессии, длительность их пребывания в составе серийных сообществ.

Для статистического анализа были отобраны виды с концентрацией в выборке свыше 10 % встречаемости. Получено 5 групп видов:

1 – группа видов «сквозного» распространения;

2 – группа видов, тяготеющих к ранним стадиям сукцессии;

3 – группа видов, тяготеющих к средним стадиям;

4 – группа видов, тяготеющих к более поздним стадиям

5 – виды с двухвершинным распределением

В табл. 3.8 как пример, показан хроноклин 50-и видов верхнего уровня отвалов алмазных карьеров и дражных полигонов, 36 из которых достоверно связаны со стадиями сукцессии (Миронова, 2000).

Сравнивая построенные хроноклины можно оценить «саморекультивационный потенциал» разных вариантов и на этой основе разработать рекомендации по восстановлению нарушенных земель.

Установлено, что на нижнем уровне отвалов Западной Якутии преобладают виды, тяготеющие к ранним и средним стадиям сукцессии. Число видов постепенно увеличивается от начальной стадии (29 видов) к более поздней (41 вид) в 1.4 раза.

В наших исследованиях техногенные сукцессионные системы охарактеризованы по характеру субстрата (отвалы пустых пород карьеров и рудников и грубообломочных материнских пород и дражные отвалы из осадочных пород более мелкого состава) и по уровню отвалов (верхний и нижний) и условно разделены на подсистемы.

Бета-разнообразие нами оценивалось по количеству низших единиц, т.е. сообществами или вариантами ассоциаций. Если внутри ассоциации или субассоциации варианты не выделялись, то за низшие единицы принимались субассоциации или ассоциации.

Таблица 3.8

Хроноклин восстановительной сукцессии отвалов

Виды	С.п.	η2	Стадии сукцессии
Возраст			до 5	6–10	11–15	16–20	> 20
1	2	3	4	5	6	7	8
Виды «сквозного» распространения
Arabis pendula	Ch.	*0,02	0	0,14	0,24	0,26	0,32
Виды, тяготеющие к ранней стадии сукцессии
Artemisia jacutica	Art.	0,94	0	0,98	0	0	0
Polygonum aviculare	Pl.	0,23	0	0,62	0,24	0,24	0,02
Artemisia mongolica	Art.	0,09	0	0,16	0,02	0,02	0
Виды, тяготеющие к средней стадии
Crepis tectorum	Ch.	0,22	0	0,12	0,68	0,60	0,26
Rubus sachalinensis	Sal.	0,20	0	0,04	0,30	0	0
Elymus kronokensis	Arr.	0,41	0	0,62	0,58	0	0
Chamomilla suaveolens	Pl.	0,33	0	0,02	0,38	0,58	0
Tanacetum vulgare	Art.	0,10	0	0,02	0,22	0,24	0,02
Vicia cracca	Arr.	0,18	0	0	0,48	0,38	0,16
Alopecurus arundinaceus	Arr.	0,18	0	0	0,34	0,22	0
Сarduus crispus	Art.	0,10	0	0	0,32	0,24	0,14
Descurainia Sophia	Ch.	0,11	0	0	0,30	0,20	0,08
Poa pratensis	Arr.	0,19	0	0	0,24	0	0
Lappula squarrosa	Ch.	0,05	0	0	0,16	0,12	0,06
Draba nemorosa	Arr.	0,07	0	0	0,14	0,10	0
Achillea millefolium	Art.	0,06	0	0	0,12	0,04	0
Elytrigia repens	Art.	0,04	0	0	0,06	0,08	0
Plantago media	Arr.	0,07	0	0	0,02	0,12	0
Triglochin palustre	P-H.	0,05	0	0	0	0,06	0
Polygonum amphibium	Phr.	0,05	0	0	0	0,06	0
Agrostis stolonifera	Arr.	0,03	0	0	0	0,04	0
Виды, тяготеющие к более поздним стадиям
Chamerion angustifolium	Ep.	0,15	0	0,18	0,56	0,38	0,70
Hordeum jubatum	P-H.	0,10	0	0,30	0,40	0,58	0,70
Salix viminalis	Sal.	0,08	0	0	0,22	0,14	0,26
Rumex crispus	Pl.	0,08	0	0	0,18	0,24	0,28
Castilleja rubra	Arr.	0,05	0	0	0,10	0,04	0,16
Poa botryoides	Cl.	0,24	0	0	0	0	0,30
Carex limosa	Arr.	0,21	0	0	0	0	0,26
1	2	3	4	5	6	7	8
Betula fruticosa	Sal.	0,19	0	0	0	0	0,24
Larix gmelinii	V-P.	0,16	0	0	0	0	0,20
Festuca rubra	Arr.	0,09	0	0	0	0	0,12
Carex pediformis	Cl.	0,09	0	0	0	0	0,12
Erigeron acris	Ch.	0,07	0	0	0	0,02	0,10
Calamagrostis lapponica	Arr.	0,05	0	0	0	0	0,06
Виды с двухвершинным распределением
Chenopodium album	Ch.	0,18	0	0,38	0,02	0,10	0,46
Oбщее число видов в стадиях сукцессии (гамма-разнообразие)			0	18	33	36	26
Среднее число видов в описании (альфа-разнообразие)			0	4	7	5	5
Среднее проективное покрытие			0	15	40	50	60
Число описаний			0	50	50	50	50

Примечание: Цифрами даны постоянство видов и использованы следующие обозначения классов: Arr. – Arrhenatheretalia, Pl. – Plantaginetea, Art. – Artemisietea vulgaris, P – H. – Puccinellio-Hordeetea, Ch. – Chenopodietea, Sal. – Salicetea, Cl. – Cleistogenetea, V-P. – Vaccinio-Pinetalia, Phr. – Phragmitetalia, Ep. – Epilobietea, Sc. – Scheuchzerio-Caricetea. η2 – сила влияния фактора;

Недостоверные значения отмечены звездочкой.

С.п. – синтаксономическая принадлежность вида.

В табл. 3.9 приведены результаты анализа бета-разнообразия для верхних уровней отвалов.

На отвалах пустых пород заселение видов безранговых сообществ начинается после 10 лет, т.е. во II стадии. Процесс самозарастания особенно замедляется на сильно уплотненных бульдозерами поверхностях технической рекультивации. Как видно из таблицы, сначала появляются виды дериватного сообщества класса Artemisietea jacuticae. Через 5–10 лет они вытесняются сообществами Chamerio-Hordeetum (var. Chenopodium album), Puccinellio-Hordeetum (var. Chenopodium album), а на богатых мелкоземом вскрышных отвалах – базальным сообществом Rubus sachalinensis + Chamerion angustifolium [Epilobietea]. На III стадии сукцессии (10–15 лет) вышеуказанные сообщества становятся преобладающими, а сообщества класса Artemisietea jacuticae постепенно вытесняются и исчезают. На более уплотненных и засоленных участках появляются сообщества варианта Chenopodium album ассоциаций Chamerio-Hordeetum, Puccinellio-Hordeetum, которые полностью завоевывают техногенные ландшафты на IV–V стадиях сукцессии.

Таблица 3.9

Изменение бета-разнообразия ТСС на отвалах

Синтаксоны	Классы возраста
	I	II	Ш	IV	V
Д.с. Chenopodium album + Artemisia jacutica. [Artemisietea]		++
Д.с. Polygonum aviculare + Artemisia jacutica. [Artemisietea]		++
Д.с. Hordeum jubatum + Artemisia jacutica. [Artemisietea]		++
Chamerio-Hordeetum jubati typicum v.Chenopodium album		++	++  +	+  +	+
Д.с. Rubus sachalinensis + Chamerion angust. [Epilobietea.]		+	++	+  +	+
Puccinellio-Hordeetum typicum v. Chenopodium album		+	++	+  +	+
Chamerio-Hordeetum jubati typicum v. Artemisia mongolica.			+	+  +	++
Chamerio-Hordeetum jubati typicum			+	+	++
Puccinellio-Hordeetum jubati typicum			+	+	++  +
Puccinellio-Hordeetum typicum v. Elymus kronokensis				+	++
Д.с. Salix viminalis + Chamerion angustifolium [Epilobietea]				+	++
Д.с. Betula fruticosa + Chamerion angustifolium [Epilobietea]					+
Бета-разнообразие		6	6	8	9

Обозначения: Б.с. – базальные сообщества; Д.с. – дериватные сообщества; +++ – преобладание; ++ – площадь не менее 30 %; + – площадь незначительна

На менее уплотненных и засоленных участках и на склонах вскрыши произрастают сообщества варианта Elymus kronokensis ассоциации Puccinellio-Hordeetum. Дериватные сообщества Salix viminalis + Chamerion angustifolium [Epilobietea] и Betula fruticosa + Chamerion angustifolium [Epilobietea] заметно появляются только к IV–V стадиям сукцессии (к 15–20 годам) и то на богатых мелкоземом и вскрышными породами субстратах.

Количество сообществ (бета-разнообразие) на ТСС доходит до 6 на II–III стадиях сукцессии и до 9 на V стадии сукцессии.

Результаты исследований показали, что самозарастание на отвалах алмазных месторождений идет очень медленно, поэтому необходимы рекультивационные работы в целях ускорения процесса восстановления экосистем.