Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Глава 4. ТЕХНОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В РЕГИОНЕ

Изучение техногенной трансформации растительности в зоне влияния разреза «Нерюнгринский» проведено в составе комплексной экологической экспедиции Институт прикладной экологии Севера автором и Кудиновой З.А. с 2004 года с дальнейшими опытно-экспериментальными работами по биологической рекультивации отвалов разреза.

До разработки месторождения угля естественная растительность была представлена лиственничными лесами сырых и средневлажных местообитаний с доминированием бруснично-зеленомошных, багульниково-моховых, рододендрово-моховых типов в водоразделах и горными лиственничниками с кедровым стлаником и березой растопыренной (Леса среднетаежной…, 1994).

Добыча угля открытым способом привела к значительным изменениям в растительном покрове и в количественном и в качественном отношении. В первую очередь изменения заметны в ботаническом составе растительности.

Изменение в видовом составе растительности

Степень нарушения растительности зависит от длительности действия фактора загрязнения, причем, разные виды угнетаются в разной степени – могут полностью исчезать или снижать свою численность. Определение предельно допустимых нагрузок разных антропогенных факторов на определенные виды и сообщества является актуальной задачей в изучении динамики растительности. Для сравнительной оценки влияния антропогенных факторов вне зависимости от их природы существует мера – нагрузка фактора, которая определяется изменением (снижением) a-разнообразия (альфа-разнообразия) сообществ. Загрязнения (атмосферные, почвенные, водной среды и др.) могут быть факторами нарушений и причинами гейтогенетических сукцессий (Миркин, 1984).

Как известно, естественные растительные сообщества в отличие от искусственных цензов устойчивы во времени (Шарашова, 1989). Под влиянием различных факторов растительный мир скудеет, теряет свою первооснову, наблюдается ускорение процессов эрозии и дигрессионная смена растительности. Характерная черта большинства комплексных систем – резкий переход от стабильности к нестабильности.

В первую очередь, изменение ботанического состава растительных сообществ, особенно лишайниковых синузий, происходит при загрязнении атмосферы, что делает их тонкими индикаторами уровня загрязнения. Так, разрушение лесной растительности происходит при сильных воздействиях эмиссий азотных комбинатов, когда на смену лесным видам приходят рудеральные, а при достаточном увлажнении – луговые виды (Миркин, 1984).

Степень антропогенной, в частности техногенной, трансформации лесной растительности зависит от типа леса.

В хвойных лесах (сосновых и лиственничных) характерна, в целом, негативная трансформация:

– снижение жизненного состояния лесообразующих пород, выпадение из видового состава низших растений грибов-кальцефобов (груздь, подберезовик, масленок, лисичка), образующих микоризу с корнями древесных пород;

– ухудшение вкусовых качеств и деформации плодов у отдельных видов (смородина, шиповник);

– некоторое увеличение морфологических аномалий и заболеваемости отдельных видов растений (гигантизм, болезни, вредители).

В травяном и травяно-кустарничковом ярусе происходит также выпадение более чувствительных видов-кальцефобов (черника, брусника, грушанка, ожика, плаун) и увеличение роли других из семейств бобовые, орхидные, мятликовые.

Анализ литературы показывает, что вблизи промышленных предприятий обычно наблюдаются понижение их биохимической и микробиологической активности почвенно-растительного покрова, увеличение кислотности, уменьшение поглощенных оснований и степени насыщенности основаниями. Повышение кислотности почвы связано с образованием в ней серной кислоты за счет абсорбируемого сернистого газа. Под воздействием значительных концентраций вредных газов, особенно двуокиси серы и фтора, в растениях нарушается углеродно-азотный режим, разрушаются хлоропласты и хлорофилл, что проводит к нарушению роста и развития растений. Даже невысокие концентрации промышленных газов влияют на физиологические функции, снижая, например, интенсивность транспирации почти в 1.5–2 раза. А у деревьев в верхней части кроны она падает быстро и верхушки побегов подсыхают. Значительное повышение концентрации вредных веществ клеточного сока органов растений может вызвать «острую реакцию» – некрозы участков листа.

Деревья и кустарники, задерживая газы и пыль, сами подвергаются вредному их влиянию в зависимости от своей устойчивости, а также
от других экологических факторов. При всех равных условиях (структура леса, метеорологические факторы и др.) наиболее эффективными в очистке воздуха от вредных примесей являются чистые лиственные насаждения, за ними идут смешанные хвойно-лиственные и затем – хвойные. Угнетение роста и развития зависит от чувствительности породы: из хвойных пород сильнее всего подавляется рост у лиственницы (в освоенном состоянии), несколько меньше у ели, а из лиственных – сильнее у осины.

Воздействие вредных газов неблагоприятно сказывается и на развитии корневой системы: сильно снижается общая масса корней, а физиологически активных корней становится в 2–4 раза меньше, чем у не поврежденных растений.

Растительность в зоне влияния Нерюнгринского промышленного комплекса также претерпела изменения. Во-первых, в местах добычи угля и отсыпки отвалов растительность полностью уничтожена. Во-вторых, окружающая карьер растительность испытывает загрязнение пылью, не желательными для организма растений микроэлементами, и в первую очередь тяжелыми металлами.

Нами на определенных точках изучено изменение структуры растительного покрова, в частности видового состава и сходства видов сообществ. Изменению видового разнообразия растений дает возможность установить степень деградации растительного покрова под воздействием антропогенных факторов. При этом объективные результаты дают методы изучения динамики растительности, особенно прямые – наблюдения на постоянных квадратах.

Одним из прямых методов реакции растений на фактор нарушения является количественный градиентный анализ – вариант прямого градиентного анализа, разработанный в 60-х годах в г. Уфе (Миркин, Розенберг, 1978). Для анализа используются различные градиенты: отдельных экологических факторов (анализ экоклинов), пространственные (анализ топоклинов), сукцессионные (анализ хроноклинов). Он слагается из следующих этапов: построение эмпирического распределения встречаемости вида в нескольких градациях фактора среды, выбранного в качестве оси ординации, проверка достоверности одновершинного характера этого распределения с использованием критерия Стьюдента.

Изменение видового состава растений нами изучены методом ординации (распределение видов вдоль фактора среды). Наиболее подходящим в условиях действия Нерюнгринского разреза является анализ экоклинов (градиент-загрязнение). Площадки нами выбраны на основе аэрокосмических съемок с наложением альбедо снега, при котором были четко определены зоны сильного, среднего и слабого загрязнения
пылью. В связи с этим выбрано 3 участка описания растительности. На данных участках выборка описаний проведена на площади 10×10 м. На территории каждого участка выполнено по 50 описаний, всего – 150 (Миронова, 2000; Миронова, Кудинова, 2009, 2012). На камеральном этапе составлялась валовая таблица, при помощи которой подсчитывалась встречаемость каждого вида в описаниях – видовое богатство (альфа-разнообразие).

Участок 1 заложен недалеко от разреза, прямо за отвалами пустых пород, на склоне коренного берега р. Нерюнгри.

Растительность представлена багульниково-брусничным лиственничным лесом в примеси с кедровым стлаником и сосной (табл. 4.1). Первый ярус леса состоит из лиственницы Гмелина, сосны обыкновенной, в подлеске встречаются кедровый стланик, береза плосколистная и Миддендорфа. В кустарничковом ярусе господствуют брусника, багульник, голубика, шикша. Проективное покрытие лишайниково-мохового покрова в зависимости от степени вытаптывания находится в пределах 10–50 %.

Участок № 2 находится в долине р. Горбылах в 10 км юго-востоку от разреза. В растительности доминирует лишайниково-голубично-багульниковый с ольховником сосново-лиственничный лес с примесью кедрового стланика. Лес сравнительно молодой, закустаренный. Первый ярус представлен лиственницей, сосной, в подлеске много кустарников из березы, ольхи, кедрового стланика. Кустарничковый ярус сплошной, где в равной степени растут брусника, голубика, багульник. Мохово-лишайниковый ярус более развит, чем на первом участке, особенно лишайниковый.

Состояние леса нормальное, хотя и здесь были разработки: срубленные и засохшие деревья.

Участок № 3 заложен в долине р. Иенгра, в ее устьевой части (впадение р. Сыгынах) в более 70 км от разреза. Преобладает мохово-голубично-брусничный лиственничный лес. В подлеске много березы Миддендорфа, часто встречается кедровый стланик. Лес спелый, нормально развитый. Заметны следы трактора, где произрастают осоки и ерники.

Результаты ординации представлены в табл. 4.1.

К группе сквозных видов относятся основном лесные виды.

Первый участок – самый ближний к карьеру лесной участок отличается большим разнообразием видов (29 видов). Появление в лесных сообществах разнотравья – кипрея узколистного (иван-чая), соссюреи, видов осок и злаков (вейник) – показывает негативное влияние эндогенных факторов (рубка деревьев, вытаптывание или изменение экологических условий для лесных видов). На месте уничтоженных деревьев появляются кустарники (можжевельник, шиповник, ерники), меняется и проективное покрытие мохово-растительного покрова – он изреживается, местами оголяется. Влияние разреза заметна и на структуре леса. Растительный покров находится в угнетенном состоянии: видны тропинки, следы кострищ, много срубленных деревьев, видна суховершинность у деревьев.

Таблица 4.1

Экоклин растительности в зоне влияния Нерюнгринского разреза

Название видов

1
(у разреза)

2 (р. Горбылах)

3 (р. Сыгынах)

1

2

3

4

Сквозные виды

Larix gmelinii – Лиственница Гмелина

25

25

25

Pinus pumila – Кедровый стланик

23

22

9

Ledum palustre – Багульник болотный

22

25

25

Pinus sylvestris – Сосна обыкновенная

13

25

10

Vaccinium uligunosum – Голубика

21

25

25

Vaccinium v-ideae – Брусника

24

24

24

Мхи

19

12

24

Лишайники

15

24

23

Betula middendorffii – Береза Миддендорфа

9

24

25

Виды, характеризующие антропогенное воздействие

Carex sp. – Осока

6

1

23

Empetrum nigrum – Шикша черная

13

6

 

Calamagrostis langsdorffii – Вейник Лангсдорфа

7

4

 

Duschekia fruiticosa – Ольховник кустарниковый

6

6

 

Rosa acicularis – Шиповник щетинистый

9

1

 

Juniperus sibirica – Можжевельник сибирский

8

6

 

Atragene sibirica – Княжик сибирский

6

   

Сhamerion angustifolium – Кипрей узколистный

10

   

Saussurea sp. – Соссюрея

11

   

Pyrola incarnata – Грушанка

8

   

Lonicera altaica – Жимолость алтайская

4

   

Picea obovata – Ель обыкновенная

2

   

Betula platiphylla – Береза плосколистная

3

   

1

2

3

4

Salix sp. – Ива

3

 

2

Chosenia arbutifolia – Чозения крупночешуйчатая

2

   

Spiraea media – Таволга средняя

2

   

Hedysarum sp. – Копеечник

1

   

Campanula langsdorfiana – Колокольчик Лангсдорфа

1

   

Leontopodium antennarioides – Эдельвейс

1

   

Pedicularis sp. – Мытник

 

1

 

Linnaea borealis – Линнея северная

 

1

 

Poa sp. – Мятлик

   

1

Eriophorum sp. – Пушица

   

1

Всего видов

29

17

13

На втором участке в 10 км от карьера в отличие от первой количество видов сократилось до 17. Господствуют лесные видов, уменьшилась доля разнотравья и увеличилась участие в растительном покрове лишайников и мхов.

Третий участок – самый дальний и менее подвержен влиянию горных работ. Как показала ординация видов, видовое разнообразие еще уменьшено до 13 с преобладанием лесных видов и высоким проективным покрытием мхов и лишайников.

Степень устойчивости жизненного состояния растений, видового состава и структуры основных фитоценозов можно определить по степени гемеробности ландшафта (степень окультуренности или нарушенности) (Волкова, Давыдова, 1987). Для этого нами проводились геоботанические описания участков разной степени нарушенности с оценкой по шкале гемеробности от не нарушенных (агемеробных) к слабо- (олиго-), средне- (мезо-), сильно- (поли-) и сверхнарушенным (гипергемеробным).

Уровень гемеробности определен по комплексу признаков: по общему проективному покрытию, изменению видового состава, ярусности, участия травянистых (рудеральных) видов. На основе 6-ибальной шкалы гемеробности Виларда-Марра (Willard, Marr, 1970) и уровней гемеробности Зукоппа (1981) составлена 3-бальная шкала гемеробности (табл. 4.2)

Таблица 4.2

Характеристика растительности по уровне гемеробности

Уровни
гемеровности

Баллы

Проективное
покрытие, %

Признаки воздействия

Агемеробные и олигогемеробные

0–1

85–100

Воздействие незначительное, растительность до 90 % естественная, незначительное обеднение видового состава, структура сообществ почти не нарушается, наблюдается лишь некоторое изреживание ярусов травостоя

Мезогемеробные

2

30–85

Экосистема подверглась изменению, жизненность растений ослаблена, имеются рудеральные сообщества, почвы местами смыты в результате эрозии. Угнетенность жизненного состояния древостоя, подлеска и подроста, существенным изменением в видовом составе и структуре травостоя, появлением луговых трав

Поли- и гипергемеробные

3

До 30

Естественная растительность уничтожена или сильно подавлена, сохраненность до 5 %, начальные стадии самозарастания Полностью угнетаются все яруса, от древесного до травяно-мохового. В структуре травостоя происходит смена эдификаторов и доминантов всех ярусов, нарушается лесная подстилка, а местами она вообще исчезает

Установлено, что при переходе с одного уровня гемеробности к другому растительность претерпевает значительные изменения как в видовом составе так и структуре сообществ.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074