Эволюция фитоценозов техногенных ландшафтов приморского края

Объекты и методы исследований. Павловский разрез располагается на территории Михайловского района Приморского края в лесостепной зоне, в 20–30 км севернее г. Уссурийска [8]. Разрез разрабатывается открытым способом. Объектами исследований являлась растительность различной временной стадии развития. Исследования проводились на внешних и внутренних самозарастающих отвалах вскрышных и вмещающих пород 3-, 10-, 20- и 30-летнего возраста. На каждом отвале были выбраны три позиции: на вершине - элювиальная (Эль), на склоне - трансаккумулятивная (Трансакк) и у подножия - аккумулятивная (Ак), где и отграничивались временные пробные площади (размером 2*5 м2) и на них делались описания растительности и почвы [5, 10, 19].

Результаты исследований и их обсуждение. Техногенные экосистемы коренным образом отличаются от природных прежде всего морфологическими параметрами, структурой и составом субстрата, альго-, микробо-, зоо- и фитоценозов, биологической продуктивностью, характером круговорота веществ и энергии, отсутствием развитого почвенного покрова [16, 18]. Глубинные породы, вынесенные при разработке месторождения на поверхность, имеют низкий потенциал плодородия, связанный с незначительным содержанием элементов минерального питания и азота [7,15,17]. Вскрышные углесодержащие породы отвалов, особенно на инсолируемых экспозициях, сильно нагреваются (до 60°С) [9, 11, 18]. На вершинах отвалов создается жесткий ветровой режим, ветроударные экспозиции зимой обычно лишены снежного покрова. Поэтому заселение нарушенных территорий растениями начинается в сложных условиях техногенного экотопа [1,4, 6, 18].

Пионерная стадия. На первичных техногенных экотопах отвалов Павловского углеразреза уже в первые годы поселяются единичные особи сорных и рудеральных видов с близлежащих территорий. Основу пионерной растительности составляют - горцы: Persicaria hydropiper , P. lapathifolia, Polygonum aviculare ; ежовики: Echinochloa caudata, E. crusgalli, Abutilon theophrastii ; клевер: Trifolium repens, T. pratense, полыни: Artemisia rubripes , A. argyi , A. umbrosa , A. scoparia , и Oenothera biennis , Equisetum arvense , Hieracium umbellatum , Ambrosia artemisiifolia, Phragmites japonicus . Эти виды обладают высокой жизнеспособностью, хорошо приспосабливаются к неблагоприятным условиям произрастания, быстро заселяют свободную территорию.

Заселение растениями отвалов по элементам рельефа (Эль-Трансакк-Ак) происходит по-разному. К трехлетнему возрасту на Эль поселение растений практически не происходит, отмечены проростки Echi-nochloa crusgalli , поверхность подвержена водной (глубина промоин до 1 м) и ветровой эрозии. Проективное покрытие составляет не более 2 %. На Трансакк появляются семязачатки Persicaria lapathifolia, Polygonum aviculare , Echinochloa caudata , E. crusgalli , Abutilon theophrastii , Trifolium repens , Oenothera biennis . На поверхности имеются следы водной эрозии (глубина до 40 см). Проективное покрытие составляет 10-15%. В нижней части отвала (Ак) в формирующихся сообществах, кроме видов, отмеченных на Эль и Трансакк, появляются Trifolium pratense , Phragmites japonicus , проективное покрытие составляет 20%. На этой стадии для фитоценозов характерно отсутствие сомкнутого надземного и подземного ярусов.

Стадия простого фитоценоза. К 10-летнему возрасту на транзитных и аккумулятивных позициях формируются простые смешанные группировки растительности. В их составе преобладают: на Трансакк - вейник наземный ( Calamagrostis epigeios ), клевер луговой ( Trifolium pratense ), полынь тенистая ( Artemisia umbrosa ). На аккумулятивной позиции - клеверо-полынно-тростниково-разнотравные сообщества с проективным покрытием 30-45%. К этому возрасту на данных элементах рельефа сформировались органоаккумулятивные эмбриоземы [18]. Диагностическим показателем является уже четко выраженный биогенный признак - генетический горизонт, представленный подстилкой. Отмечается слабое развитие процессов педогенеза.

Формирование растительности на 20-летнем отвале происходит по следующим типам зарастания: 1 -первичные примитивные группировки (хвощево-ястребинковые сообщества на верхних частях (Эль) отвалов с проективным покрытием 10-20%), рост и развитие растений замедленное; 2 - сомкнутые сообщества со значительным участием рудеральных видов в нижних частях (Акк), клеверо-полынно-тростниковоразнотравные сообщества с проективным покрытием 65-75% с доминированием клевера лугового ( Trifolium pretense ) и тростника японского ( Phragmites japonicus ) и на средних частях отвалов (Трансакк) - вейниково-клеверо-полынно-разнотравные сообщества с проективным покрытием 80-85% и преобладанием вейника наземного ( Calamagrostis epigeios ) и клевера лугового; 3 - внедрение древесных и кустарниковых растений на склонах юго-западной, юго-восточной, восточной и западной экспозиций на позициях Трансакк и Акк (господствуют куртины из тополя дрожащего ( Populus tremula ). Также встречаются отдельные экземпляры березы плосколистной ( Betula platyphylla ), ивы росистой ( Salix rorida ), ивы Шверина ( Salix schwerinii ), ильма приземистого ( Ulmus pumila), клена американского ( Acer negundo ), тополя корейского ( Populus koreana ), тополя черного ( Populus nigra ) и леспедецы двуцветной ( Lespedeza bicolor ). К 20-летнему возрасту под данными типами растительности на отвалах сформировались гумусово-аккумулятивные эмбриоземы на Трансакк и гумусово-аккумулятивные глеевые эмбриоземы на Акк [6, 18]. Наряду с подстилкой и дерниной в гумусовоаккумулятивных эмбриоземах появляется гумусовый горизонт.

Стадия сложного фитоценоза. На 30-летнем отвале (Эль-Трансакк-Акк) сформировался лесной тип растительности. В древесном ярусе преобладает тополь дрожащий, состав древостоя 10 Ос (возраст 28 лет), средняя высота 8–10 м, средний диаметр 14,4 см, сомкнутость – 0,7–0,8. В подросте всех категорий также преобладает тополь дрожащий. В мелком подросте (высотой от 0 до 50 см, 4000 шт/га) доминирует тополь дрожащий, отмечены тополь корейский и боярышник Максимовича ( Crataеgus maximowiczii ), в среднем (высотой от 51 см до 1,5 м, 2000 шт/га) и крупном подросте (высотой от 1,51 до 3,0 м, 3000 шт/га) господствует тополь дрожащий. Ярус кустарников не выражен. В травяном покрове доминирует хвощ полевой (Cop1 – Cop 3), мозаично группами (Sp gr) встречаются синузии вики кракка ( Vicia cracca ), клевера лугового, одиночные особи полыни маньчжурской ( Artemisia mandshurica ) и энотеры двулетней (Oenothera biennis ). Участок пройден беглым низовым пожаром в 2010 году. Эту стадию мы выделяем условно, так как видовой состав данного фитоценоза отличается от зонального типа растительности. Мы не обнаружили сообществ зонального типа растительности на техногенных экотопах.

В таблице указаны сосудистые растения, которые были отмечены на обследованных отвалах Павловского разреза.

Список видов сосудистых растений, участвующих в формировании естественного растительного покрова отвалов техногенных ландшафтов

Окончание табл.

Примечание. Обилие растений приведено по шкале Друде.

Выводы. Практически на всех обследованных нарушенных территориях в первый же год после отсыпки появляется растительность. Наиболее благоприятны для этого шельфовые части склонов и площадки, где семена защищены от смыва и выдувания.

Пионерами зарастания являются экологически пластичные виды, способные переносить экстремальные условия техногенной среды. К ним относятся травянистые растения: Persicaria hydropiper , P. lapathifolia, Polygonum aviculare, Trifolium repens , T. pratense, Equisetum arvense. Из древесно-кустарниковых растений первыми чаще всего появляются Populis tremula, Salix caprea, S. schwerinii, S. rorida, Betula platyphylla, Ulmus pumila.

Сообществ, отражающих зональный тип растительности, на обследованных отвалах не обнаружено.

Процесс естественного лесовосстановления протекает медленно, поэтому на нарушенных землях следует сочетать самовосстановление аборигенной растительности и создание искусственных фитоценозов. При этом создание лесных культур следует проводить саженцами только местных пород, учитывая биоэко-логические характеристики древесных растений. Отвалы должны быть выположены и террасированы с целью создания более благоприятных условий для роста и развития растений.