авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК • УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ БОТАНИЧЕСКИЙ САД МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ...»

-- [ Страница 3 ] --

"Старый" золоотвал вплотную примыкает к территории элект ростанции, площадь его 68 га. Рядом с дамбой золоотвала располо жен одновозрастной участок "чистой" золы. "Новый" золоотвал расположен в пяти км к югу от ЮУГРЭС. Площадь 1-й 2-й секций этого золоотвала — 213 га. В 1964—1966 гг. была проведена ре культивация "старого" золоотвала со сплошным покрытием поч вой слоем 10—15 см и посевом многолетних трав: эспарцета песча ного, люцерны синегибридной, костреца безостого. Позднее, через 10 лет после первого посева, был подсеян житняк гребенчатый.

Исследования проводились на двух типах одновозрастных участков: на золе (участок рядом с дамбой "старого" золоотвала) и на золе с почвенным покрытием "старый" золоотвал, а также на 1-й секции "нового" золоотвала.

По опубликованным данным (Пикалова и др., 1971;

1974), к 1970 г. на участке с посевом эспарцета песчаного (эспарцетовый культурфитоценоз) образовалась разнотравно-злаково-эспарце товая группировка. Травостой довольно густой, общее проек тивное покрытие 70—80 %, задерненность 50—60 %.

На участке золоотвала с посевом люцерны синегибридной (люцерновый культурфитоценоз) образовалась злаково-разно травно-люцерновая группировка. Травостой участка неодноро ден и разрежен, задерненность не превышала 40 %. Аспект тра востоя пестрый.

На участке с посевом костреца безостого (кострецовый куль турфитоценоз) образовалась бобово-разнотравно-кострецовая группировка. Травостой невысокий, средней густоты, задернен ность около 60 %. Данные по весу воздушно-сухой массы куль турфитоценозов приведены в табл. 3.17. Закрепление зольного субстрата происходило вполне удовлетворительно во всех типах культурфитоценозов.

Для сравнения с растительностью культурфитоценозов было проведено изучение формирования фитоценозов на участке са мозарастания "чистого" зольного субстрата. На нем к моменту наблюдения сформировалась разнотравно-полынная раститель ная группировка. В травостое преобладали полынь горькая, по лынь полевая, полынь эстрагон, икотник серый, солянка холмо вая, клоповник мусорный. Растения встречались одиночными экземплярами, небольшими пятнами, группами. Проективное покрытие местами достигало 40 %.

Таблица 3. Производительность растительных сообществ золоотвалов Южноуральской ГРЭС Соотношение Вес воздушно-сухой массы веса подземных Фитоценоз (растительная группировка) органов к весу надземных подземных надземных органов, ц/га органов, ц/га 1970 г.* Кострецовый культурфитоценоз 7,7 18,6 2, Люцерновый культурфитоценоз 16,4 26,8 1, Эспарцетовый культурфитоценоз 2, 27,6 55, Первичная разнотравно-полынная 0, 3,9 2, группировка на золе 1980 г.

Золоотвал "старый" рекультивиро ванный 8,9 23,3 2, "Чистая" зола под дамбой 8,8 0, 8, Золоотвал "новый" 2,8 0,8 0, | 1989 г.

Золоотвал "старый" рекультивиро ванный 13,5 50,8 3, "Чистая" зола под дамбой 59,4 6, 10, Золоотвал "новый" 27,2 2, 13, * За 1970 г. приведены литературные данные (Пикалова и др., 1971;

1974).

Наши наблюдения проводились через 15, 25 и 35 лет после проведения биологической рекультивации. Геоботаническая ха рактеристика сформировавшихся фитоценозов приведена в табл. 3.18.

Через 15 лет после проведения биологической рекультива ции при обследовании "старого" золоотвала в 1980 г. было выде лено 4 растительных сообщества.

1 — разнотравно-полынно-злаковый фитоценоз (всего 59 ви дов). Общее проективное покрытие травостоя 80—90 %, задер ненность 70—80 %. Аспект создают злаки: мятлик луговой (сор2), пырей ползучий (сор,), житняк гребенчатый (сор,). На фоне злаков выделяются светло-зеленые пятна полыней (sp) горькой и австрийской и редкие темно-зеленые кусты полыни эстрагон. Распределение растений группово-равномерное.

Т а б л и ц а 3. Геоботаническая характеристика фитоценозов, сформировавшихся на золоотвалах Южноуральской ГРЭС Местообитание Количество Проективное Преобладающие виды и их обилие видов покрытие, % фитоценоза 1980 г Золоотвал "старый" участок 1 59 80—90 сор2 — Роа pratensis, сор, — Agropyron crista tum, Artemisia absinthium, Elytrigia repens, sp — Artemisia austriaca, A. dracunculus, Berteroa incana, Crepis tectorum, Lappula squarrosa, Lepidium ruderale, Medicago lupuli na, Sisymbrium loeselii, Taraxacum officinale участок 2 69 70—80 cop2 — Artemisia dracunculus, Elytrigia repens, cop, — Artemisia absinthium, sp — Artemisia austriaca, A. campestris, Berteroa incana, Bromopsis inermis, Cynoglossum officinale, Chenopodium album, Gipsophila muralis, Lepidium ruderale, Medicago lupuli na, Poa pratensis, Sisymbrium leoselii, Salsola collina участок 3 59 50—60 cop, — Agropyron cristatum, Artemisia absinthium, sp — spgr — Berteroa incana, Lappula, squarrosa, Lepidium ruderale, Poa pratensis, Salsola collina, Taraxacum officinale участок 4 68 60—70 cop, — Agropyron cristatum, Artemisia absinthium, A. austriaca, A. campestris, A. dra cunculus, Chenopodium album, Convolvulus arvensis, Elytrigia repens, Euphorbia wald steinii, Poa pratensis, Potentilla heidenreichii "Чистая" зо ла под дам бой:

участок 1 55 40—50 cop2 — Artemisia austriaca, cop, — Artemisia absinthium, A. dracunculus, Cynoglossum officinale, spgr — Trifolium repens, Berteroa incana, Calamagrostis epigeios, Centaurea scabiosa, Convolvulus arvensis, Elytrigia repens, Echium vulgare, Knautia tatarica, Lactuca tatarica, Lappula squarrosa, Lepidium ruderale, Linaria vulgaris, Medicago lupulina, Melilotus albus, Sisymbrium loeselii, Stipa capillata П р о д о л ж е н и е табл. 3. Местообитание Количество Проективное Преобладающие виды и их обилие фитоценоза видов покрытие, % сор2 — Elytrigia repens, cop, — Artemisia участок absinthium, Cynoglossum officinale, до sp — Artemisia dracunculus, spgr Calamagrostis epigeios, Berteroa incana, Lappula squarrosa, Medicago luppulina, Poa pratensis, Sisymbrium loeselii, Salsola collina cop2 — Artemisia absinthium, cop, — Berteroa участок 3 56 30-^ incana, Cynoglossum officinale, Kochia lani до flora, sp — sper — Artemisia austriaca, A campestris, A. dracunculus, Chenopodium album, Elytrigia repens, Euphorbia virgata, Lappula squarrosa cop, — Artemisia absinthium, sp — spgr — участок 4 30— Artemisia austriaca, A. campestris, A. dracun culus, Berteroa incana, Cynoglossum offici nale, Elytrigia repens, Knautia tatarica.

Lappula squarrosa, Melilotus albus, Salsola collina cop2 — Kochia laniflora, cop, — Artemisia Золоотвал 22 20— absinthium, sp — Euphorbia waldsteinii, 'новый" Polygonum aviculare 1989 г.

Золоотвал ;

старый" cop, — Poa pratensis, sp — Agropyron crista участок 1 80— tum, Artemisia scoparia, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Potentilla impolita cop, — cop2 — Agropyron cristatum, Poa участок 2 80— pratensis, sp — Artemisia dracunculus, Crepis testorum, Elytrigia repens, Potentilla impoli ta,Taraxacum officinale cop, — Artemisia absinthium, A. dracunculus, участок 3 80— Poa pratensis, sp — Agropyron cristatum, Berteroa incana. Euphorbia waldsteinii, Potentilla impolita, solgr — Convolvulus arven sis cop, — Artemisia dracunculus, Agropyron участок 4 80— cristatum, Euphorbia waldsteinii, Poa praten sis, sp — Elytrigia repens 'Чистая" зо ла под дам бой:

П р о д о л ж е н и е табл. 3. Местообитание Количество Проективное Преобладающие виды и их обилие видов фитоценоза покрытие, % 30 сор2 — сор, — Artemisia dracunculus, cop, — 60— участок sp — Agropyron cristatum, Calamagrostis epigeios, sp — Artemisia absinthium, Cynoglossum officinale, Echium vulgare, Erigeron acer, Poa pratensis, Potentilla impoli ta, Festuca pseudovina cop2 — cop, — Artemisia dracunculus, 29 60— участок Calamagrostis epigeios, Poa pratensis, sp — Artemisia absinthium, Cynoglossum officinale, Elytrigia repens, Knautia tatarica, Potentilla impolita, Festuca pseudovina 26 cop2 — cop, — Artemisia dracunculus, Poa 60— участок pratensis, cop, — Artemisia absinthium, sp — Agropyron critatum, Bromopsis inermis, Calamagrostis epigeios, Cynoglossum offici nale, Echium vulgare, Elytrigia repens, Euphorbia waldsteinii, Potentilla impolita, Festuca pseudovina cop2 — cop, — Artemisia absinthium, Poa 60— участок pratensis, cop,gr — Calamagrostis epigeios, Festuca psevdovina, sp — Berteroa incana, Bromopsis inermis, Crepis tectorum, Cynoglossum officinale, Echium vulgare, Elytrigia repens, Knautia tatarica, spgr — Convolvulus arvensis cop2 — cop, gr — Calamagrostis epigeios, cop, 31 30— Золоотвал — Lactuca tatarica, Artemisia absintium, sp — "новый" Artemisia dracunculus, Echium vulgare 7999 г.

50—90 cop2 — cop, — Agropyron cristatum, cop, — Золоотвал sp — Artemisia dracunculus, Berteroa incana, "старый" Bromopsis inermis, Echium vulgare, Elytrigia repens, Euphorbia waldsteinii, sp — Artemisia absinthium, A. glauca, Convolvulus arvensis, Chenopodium album, Lappula squarrosa, Lepidium ruderale, Medicago lupulina, M. sati va, Poa pratensis, Potentilla impolita, Sisymbrium loeselii, spgr — Artemisia austria ca, Polygonum aviculare, Ceratocarpus arenar ius (на пятнах глины) О к о н ч а н и е табл. 3. Местообитание Количество Проективное Преобладающие виды и их обилие фитоценоза видов покрытие, % "Чистая" зо- 36 30—60 сор2 — Artemisia dracunculus, Potentilla ла под дам- impolita, Festuca pseudovina, cop, — бой Calamagrostis epigeios, Echium vulgare, coplgr — Euphorbia waldsteinii, sp — Artemisia absinthium, A. lerchiana, A. scoparia, Berteroa incana, Bromopsis inermis, Cynoglossum officinale, Elytrigia repens, Poa pratensis, spgr — Artemisia austriaca Золоотвал 30 30—40 cop2 — cop, — Calamagrostis epigeios, cop, "новый" — Artemisia dracunculus, Elytrigia repens, sp — Artemisia absinthium, Lactuca tatarica, Lepidium ruderale, sp|r — Euphorbia wald steinii 2 — разнотравно-злаково-полынный фитоценоз (всего 69 ви дов). Аспект создают темно-зеленые кусты полыни эстрагон (сор2), кусты полыней горькой и полевой (sp), встречаются пят на полыни австрийской (sp). Из злаков преобладают пырей пол зучий (сор2), кострец безостый (sp), мятлик луговой (sp). Общее проективное покрытие 70—80 %, задерненность 50 %. Распреде ление растений группово-равномерное.

3 — злаково-полынный фитоценоз (всего 59 видов). Аспект создает полынь горькая (сор,), а также злаки: житняк гребенча тый (сор,) и мятлик луговой (sp). Проективное покрытие 60 %, задерненность до 50 %. Распределение растений более менее равномерное.

4 -— злаково-разнотравно-полынный фитоценоз (всего 68 ви дов). Аспект создает цветущий молочай Вальдштейна (sp), преоб ладают полыни (сор,) горькая, австрийская, полевая и эстрагон, из злаков — житняк гребенчатый (сор,) и пырей ползучий (сор,). Об щее проективное покрытие 60—70 %, задерненность до 50 %.

В целом можно отметить, что за 15 лет на золоотвале об разовалась разнотравно-злаково-полынная и разнотравно-по лынно-злаковая растительность с преобладанием полыней и злаков. Вес надземной фитомассы на золоотвале составил 8,9 ц/га, а подземной — почти в 2,6 раза больше — 23,3 ц/га (см. табл. 3.17).

Всего на золоотвале было зафиксировано 87 видов, боль шинство из них многолетние — 56,4 %. Из ботанических групп в значительной степени преобладает группа разнотравья (76,5 %), бобовые и злаки составляют 14,7 и 8,8 % соответственно.

Сравнительный анализ флористического состава образовав шихся на золоотвале растительных группировок в сопоставле нии с растительностью золоотвала, сформированной к 1970 г., показал, что общее количество видов растений увеличилось бо лее чем в два раза (с 35 до 87 видов). Следует отметить, что раз витие растительности золоотвала шло в сторону усиления об щей ксерофитизации состава растений, увеличения относитель ного числа многолетних степных видов (с 3—8 % степных видов в 1970 г. до 20,7 % — в 1980 г.).

Для сравнения с зарастанием "старого" золоотвала было проведено обследование растительности, формирующейся на "чистой" золе. Было выделено четыре участка, расположенных непосредственно рядом с дамбой на месте карьера суглинка в пойме р. Увельки.

На всех выделенных участках зола перемежается с пятнами глинистого грунта. Проективное покрытие на золе 50, местами 70 %, задерненность значительно ниже, чем на золоотвале (30— 40 %). Это связано с меньшим участием в травостое злаков. На золе преобладают полыни эстрагон (сор^), горькая (sp — cop,), австрийская (spgr), чернокорень лекарственный (sp), клевер пол зучий (spg,), пырей ползучий (sp — сор2). Вес надземной фитомас сы на золе составил 8,8 ц/га, подземной — примерно столько же — 8,1 ц/га.

Сравнительный анализ растительных сообществ, сформиро ванных на зольном субстрате и на золе с покрытием почвой, по казал, что зола является менее благоприятным субстратом для произрастания на ней растений. Несмотря на одинаковый воз раст участков травостой, сформированный на золе, характеризу ется большей разреженностью, более бедным видовым составом и меньшей хозяйственной ценностью.

Для сравнения степени зарастания "чистого" зольного субст рата более молодого возраста было проведено обследование первой секции "нового" золоотвала. За 5 лет здесь образовалась разнотравно-полынная сложная растительная группировка. Рас тительность крайне разрежена. Проективное покрытие достига ет 20—50 %, задерненность 20 %. Аспект создают полынь горь кая (сор,) и кохия шерстистоцветковая (сор2), встречаются пятна горца птичьего (sp). Всего зарегистрировано 22 вида, из них раз нотравье 77,4 %, бобовые — 13,6 %, злаки — 9 %. Большинство составляют малолетние виды (63,6 %). Травостой характеризу ется значительным преобладанием сорно-рудеральных видов (54,6 %). Количество степных видов в 4,5 раза меньше, чем на ре культивированном золоотвале. Вес надземной фитомассы на "новом" золоотвале составил 2,8 ц/га, а подземной — в три раза меньше — 0,8 ц/га (см. табл. 3.17).

Исследование золоотвалов через 10—15 лет после начала их освоения показало, что растительный покров представлен груп пировками, различными по происхождению (группировки само зарастания и культурфитоценозы) и составу компонентов. На участках "чистой" золы, где формирование растительности шло без каких-либо агротехнических воздействий, в результате само зарастания образовались несомкнутые группировки, в состав ко торых входят наиболее устойчивые к произрастанию на зольном субстрате виды местной флоры, среди которых много сорно-ру деральных.

Создание культурфитоценозов на золоотвале ускоряет процес сы формирования растительности. Сразу формируются продук тивные и хозяйственно ценные растительные сообщества с преоб ладанием высеянных видов: эспарцета песчаного, люцерны сине гибридной, костреца безостого и житняка гребенчатого. Отсутст вие ухода за посевами, а также их вытаптывание и стравливание скотом при выпасе ускоряют распад и деградацию культурфитоце нозов. При дальнейшей трансформации культурфитоценозов про исходит постепенное вытеснение культурных видов (особенно бо бовых) дикорастущими, формирование травянистых сообществ идет по пути сближения с луговыми степями. Наиболее долголет ними из высеянных культур оказались кострец безостый и житняк гребенчатый. Они способствуют созданию продуктивных траво стоев и закрепляют субстрат путем образования дерновины.

Через 25 лет (1989) после проведения биологической рекуль тивации на "старом" золоотвале ЮУГРЭС сформировался раз нотравно-злаковый фитоценоз. Общее проективное покрытие составляет 80—100 %, задерненность до 80 %. На части золоот вала появились редкие кусты лоха узколистного (sol — sp) от до 2 м высотой. В травостое аспект создают злаки, редкие кусты полыни эстрагон (sp), молочай Вальдштейна (sp), лапчатка не блестящая (sp);

из злаков преобладают мятлик луговой (сор,), житняк гребенчатый (сор,), пырей ползучий (sp), кострец безос тый (sp) — всего 61 вид. Анализ ценотических групп сообществ золоотвала показал, что луговые виды составляют 17,7 % от коли Т а б л и ц а 3. Основные компоненты и производительность растительного сообщества на "старом" золоотвале Южноуральской ГРЭС (1989) Обилие Вес воздушно- Относительное (по Друде), Высота, см сухой надземной весовое обилие, Вид встречаемость, % массы, г/м % 70,4 42, Artemisia dracunculus 80— cop 20— cop, 42,6 25, Agropyron cristatum 30— 40— Euphorbia waldsteinii 42,3 25, 30— COPlgr 15— 20 6, Artemisia scoparia 3, sol-sp Potentilla impolita 2,8 1, SPgr 20— Centaurea diffusa 2, solgr 1, 3— 30 0, Echium vulgare 0, solgr 10— чества всех видов золоотвала, лугово-сорные и сорно-рудеральные — 51,6 %, лугово-степные, степные — 27,4 % и прочие — 3,3 %. Из ботанических групп преобладает группа разнотравья — 72 %, бобовые и злаки составляют по 14 % соответственно. Вес воз душно-сухой надземной массы составил 13,5 ц/га, подземной — в 3,7 раза больше — 50,8 ц/га (см. табл. 3.17).

Как видно из табл. 3.19, почти 93 % относительного весового обилия составляют виды: полынь эстрагон (42,1 %), житняк гре бенчатый (25,5 %), молочай Вальдштейна (25,3 %).

На одновозрастном участке "чистой" золы формируются разнотравно-полынно-злаковое и разнотравно-злаково-полын ное сообщества, в них преобладают мятлик луговой (сор,_2), вей ник наземный (сор,_2), полынь эстрагон (sp — cop,), лапчатка не блестящая (сор, — sp) — всего 57 видов, преимущественно луго вые многолетники (42 %). Проективное покрытие 60—80 %, за дерненность — 60 %. Распределение растений группово-равно мерное. Вес воздушно-сухой надземной массы составил 10,3 ц/га, а подземной — почти в 6 раз больше — 59,4 ц/га (см. табл. 3.17).

Более 95 % относительного весового обилия составляют полынь эстрагон, вейник наземный, мятлик луговой, пырей ползучий, житняк гребенчатый (табл. 3.20).

Т а б л и ц а 3. Основные компоненты и производительность растительного сообщества на "чистой" золе под дамбой золоотвала Южноуральской ГРЭС (1989) Обилие Вес воздушно- Относительное (по Друде), сухой надземной весовое обилие, Высота, см Вид массы, г/мг встречаемость, % % Artemisia dracunculus 60— cop, 76,0 8, 29— Calamagrostis epigeios 40— cop, 10,1 9, 30— Poa pratensis 10— cop, 7,6 6, 35— Echium vulgare 10—20 3,7 3, C °Plgr 30— Agropyron cristatum 10— sol 4,9 4, 4— sol-sp Elytrigia repens 20 4,9 4, Cynoglossum officinale 40 1, 2, SPgr 25- Artemisia absinthium sp 5—10 1, 1, 24— На участке "чистой" золы на первой очереди "нового" золо отвала (возраст 15 лет) формируется полынно-вейниковая рас тительная группировка с пребладанием вейника наземного (сор,_2) и полыни горькой (сор!), из древесных встречаются ред кие кусты лоха узколистного до 2—3 м высотой. Распределение растений группово-равномерное, проективное покрытие состав ляет от 40 до 60 %, задерненность — от 30 до 50 %. Вес надзем ной фитомассы — 13,3 ц/га, подземной — 27,2 ц/га (см. табл.

3.17), 99 % относительного весового обилия составляют такие виды, как вейник наземный, донник белый, полевица тонкая (табл. 3.21).

Анализируя изменения, произошедшие на золоотвале Южно уральской ГРЭС за 20—25 лет после начала биологической ре культивации, необходимо отметить, что на рекультивированной территории в сложении травостоя в значительной степени воз росло обилие злаков, увеличилась задерненность грунта. Обра зование более плотной дернины послужило, по всей видимости, причиной сокращения общего количества видов (от 87 в 1980 г.

до 62 в 1989 г.) за счет таких ботанических групп, как разнотра Т а б л и ц а 3. Основные компоненты и производительность "нового" золоотвала Южноуральской ГРЭС (1989) Обилие Вес воздушно- Относительное (по Друде), Высота, см сухой надземной весовое обилие, Вид массы, г/м!

встречаемость, % % Calamagrostis epigeios 61, cop2 20-70 "^ 63, 47— 25, Melilotus albus 10— coplgr 26, Agrostis tenuis 15— cop, 12,3 11. Lactuca tatarica 30— cop, 0,5 0, Melilotus officinalis 60—70 0, sol 0, Echium vulgare 5—10 0,3 0, SPgr вье (от 52 видов в 1980 г. до 36 видов в 1989 г.) и бобовые (от видов в 1980 г. до 7 видов в 1989 г.).

На одновозрастном участке "чистой" золы также наблюдает ся усиление роли злаков, но в основном за счет распространения длиннокорневищного злака — вейника наземного (сор3 — sp) и короткокорневищного — мятлика лугового (сор2 — sp), из полы ней преобладает полынь эстрагон (сор2 — sp). Также наблюдает ся уменьшение общего количества видов (от 56 в 1980 г. до 44 в 1989 г.) за счет ботанических групп разнотравья (от 39 видов в 1980 г. до 35 видов в 1989 г.) и бобовых (от 9 видов в 1980 г. до видов в 1989 г.), уменьшилось количество многолетников. Все эти процессы как на рекультивированном золоотвале, так и на участ ке "чистой" золы, вероятно, могут быть связаны с пастбищной ди грессией, причем на золе они выражены ярче: общее проективное покрытие и задерненность на золе меньше, чем на грунте.

На более молодом участке "нового" золоотвала за 15 лет произошло увеличение видового состава, в основном за счет многолетников. Здесь, на стадии сложной растительной группи ровки, идет активное внедрение луговых и степных видов из ок ружающих золоотвал сообществ. Доминантом сообществ на зо ле является быстрорастущий длиннокорневищный злак вейник наземный.

Анализируя видовой состав растений, произрастающих на разных экотопах, можно отметить, что на золе большей встре чаемостью обладают следующие виды: вейник наземный, черно корень лекарственный, синяк обыкновенный, а на золе с грунто вым покрытием — мятлик луговой, житняк гребенчатый, кост рец безостый (Чибрик, Кравченко, 1990).

Геоботаническое обследование 1989 г. показало, что направ ление сукцессии идет в сторону формирования разнотравно-зла ковых растительных сообществ, но их видовой состав, особенно доминанты на "чистой" золе и с покрытием почвой, существен но различается.

В сообществах на золе с почвенным покрытием доминантно эдификаторная роль принадлежала злакам. В разном соотноше нии в описанных сообществах эту роль осуществляли пырей ползучий, мятлик луговой, а из интродуцентов житняк гребенча тый и кострец безостый (табл. 3.22). Последний сохранился в ви де отдельных куртин, наиболее значительных по площади на участках, где был высеян. Вероятно, преобладающую роль в со хранении этого вида в фитоценозах в течение 25 лет после посе ва имело вегетативное возобновление, хотя в культурфитоцено зах Коркинского угольного разреза (также лесостепная зона) на блюдалось довольно интенсивное расселение костреца, но на свободную территорию и за счет семенного возобновления на субстрат, без улучшения его свойств, с последующим образова нием почти одновидовых, достаточно продуктивных зарослей с высотой травостоя до 1,0—1,5 м. На золоотвале в дальнейшем проявилась тенденция формирования разнотравно-злаковых фи тоценозов с проективным покрытием 80—100 % и относительно высокой задерненностью (до 40—60 %). Из преобладающих зла ков значительно уменьшились обилие и встречаемость (в ряде сообществ до полного исчезновения) у костреца безостого и пы рея ползучего. По этим показателям можно судить об усилении доминантно-эдификаторной роли мятлика лугового и житняка гребенчатого, которые имеют в сообществах различное соотно шение: от явного преобладания одного из видов до одинаково малого или высокого их представительства.

На "чистой" золе также наблюдается тенденция к формиро ванию разнотравно-полынно-злаковых растительных сооб ществ, но с доминированием вейника наземного и мятлика луго вого. Анализ раункиеровских площадок с учетом проективного покрытия видов показал, что эти два вида взаимно исключают Я S tSfNCSOtNCSMU-lO — ю - сб н § OOVO-H SiD ffl g 3 CO M се ее eg X со a а a tr ю I tr tr оIсо ООg gоI О я Iс в iЦ с I Свс9св($св(4с3свс3свс3с3($с3с3свс4с0свсзсйс9свс4сйс$свсзлс m СОСОСОСОС^СОСОСОСОСОООСОСОСОСОСОСОСОСОСОООСОСОС^ с с друг друга. Из 400 площадок (по 0,1 м2) на 117 (29 %) встречает ся только мятлик, на 140 (35 %) — только вейник, и лишь на (17,5 %) встречаются вместе оба вида, площадки с преобладани ем вейника составляют 10 %. Для сравнения следует отметить, что в 1980 г. площадки с вейником и мятликом составляли лишь по 4 % от их общего числа. Следовательно, в 1989 г. зафиксиро вано более активное разрастание вейника, что объясняется его биологическими свойствами (длиннокорневищный злак). Веро ятно, оба вида обладают сходными адаптационными возможнос тями к специфическому зольному субстрату. Это дает возмож ность прогнозировать в конечном итоге формирование на "чис той" золе мозаичного растительного сообщества с доминирова нием в фрагментах мозаики вейника наземного и мятлика луго вого с определенным соотношением сопряженных с ними видов.

Таким образом, биологическая рекультивация с нанесением слоя почвы и посевом многолетних трав ускоряет начальный этап формирования фитоценозов, сразу образуются хозяйствен но ценные и продуктивные сообщества. Этот этап предопреде ляет их дальнейшее развитие, проявляющееся в замене домини рующих культурных видов на дикорастущие. К 10—15 годам почти полностью исчезают из травостоя высеянные бобовые, к 20—25 годам — кострец безостый. Житняк гребенчатый, подсе янный позднее (через 10 лет после первого посева), успешно рас селяется по золоотвалу, частично внедряясь в сообщества на "чистой" золе.

На "чистой" золе формирование сообществ задерживается (на 10—15 лет) за счет удлинения начальных этапов, для кото рых характерен жесткий экотопический отбор, т. е. за счет мед ленного вселения. Позднее процесс несколько ускоряется пре имущественно за счет вегетативно подвижных видов, в частнос ти вейника наземного. При поселении других видов (пырея пол зучего, мятлика лугового) возможно формирование сообществ с ясно выраженной мозаичностью.

Исследования, проведенные в 1999 г., через 35 лет после био логической рекультивации, показали, что на рекультивированных участках сформировался разнотравно-полынно-злаковый фитоце ноз. Из злаков преобладают житняк гребенчатый (сор,_2), кострец безостый (сор,), пырей ползучий (sp — сор,), из разнотравья — икотник серый (sp — сор,), молочай Вальдштейна (сор, — sp), по лынь эстрагон (sp — сор,). Всего на рекультивированном золоот вале зарегистрировано 49 травянистых видов. Общее проективное покрытие достигает от 50 до 90 %. Древесные представлены куста ми лоха узколистного (sp) до 3 м высотой (см. табл. 3.18).

Анализ флористического состава растительных сообществ золоотвала показал, что со старением золоотвала наблюдается значительная ксерофитизация растительности (доля ксерофит ных видов составляет 8,0 %, доля ксеромезофитных и мезоксе рофитных — 32,0 и 18,0 % соответственно). Среди ценотических групп значительную часть (36,0 %) составляют сорно-рудераль ные виды. Луговые, лугово-сорные, степные и лугово-степные виды составляют 22,0;

12,0;

16,0;

10,0 % соответственно.

На участке с зольным субстратом сформировался разнотрав но-злаково-полынный фитоценоз. Аспект создает полынь эст рагон (сор2), из злаков преобладает вейник наземный (сор,), из разнотравья — лапчатка неблестящая (сор,), молочай Вальд штейна (сор,gr), синяк обыкновенный (сор,). Древесные, как и на золе с покрытием, представлены редкими кустами лоха узколи стного, достигающими 5 м высоты. Всего зарегистрировано видов. На золе, как и на золе с покрытием, преобладают сорно рудеральные виды (35,0 %), луговые, степные и лугово-степные составляют 16,3;

18,9 и 16,3 % соответственно. Проективное по крытие от 30 до 60 %.

На "новом" золоотвале к 1999 г. за 20 лет сформировалась полынно-вейниковая сложная растительная группировка. Все го зарегистрировано 30 видов. Проективное покрытие состав ляет 30—40 %. Основную роль в сложении травостоя играют вейник наземный (сор,_2), пырей ползучий (сор,), полынь эстра гон (сор,), полынь горькая (sp), латук татарский (sp). В ценоти ческом спектре преобладают сорно-рудеральные виды (40,0 %) Значительную долю составляют луговые и лугово-степные (по 16,7 %) виды.

Сравнение исследованных растительных сообществ показа ло, что на золе сформировались обедненные по видовому соста ву, разреженные и менее ценные в хозяйственном отношении растительные сообщества, чем на золе с покрытием почвой. В связи с проведенной в 1964-—1966 гг. биологической рекультива цией золоотвала и посевом ряда культур следует отметить, что наиболее долголетней культурой оказался житняк гребенчатый.

Изучение веса воздушно-сухой массы надземных и подзем ных органов травянистых растений на разных экотопах золоот валов показало, что с возрастом происходит увеличение надзем ной фитомассы и, в большей степени, относительного и абсо лютного веса подземных органов. Ранее проведенные вегетаци онные опыты по выращиванию растений на золе выявили отно сительное увеличение массы корней у всех исследованных расте ний (Серая, Шубин, 1976). Известно, что в зависимости от усло вий произрастания, в частности от уровня азотного питания, у растений меняется не только количество и качество продуктов метаболизма, но и доля использования их для роста различных органов (Мокроносов, 1966). Это обеспечивает растительный организм более мощным аппаратом для поглощения необходи мых элементов питания и может рассматриваться как один из механизмов адаптации растений к недостатку питательных ве ществ в каменноугольной золе.

Полученные результаты дают возможность сделать некото рые обобщающие заключения.

Главными факторами, лимитирующими рост и развитие рас тений на первых стадиях формирования растительности на золо отвалах, являются перевеваемость субстрата, а также низкая его влагоемкость, приводящая к быстрому пересыханию поверхно стных слоев, препятствующему прорастанию семян. Слабая теп лопроводность субстрата приводит к резким колебаниям темпе ратуры на его поверхности и в глубине.

Не менее отрицательными факторами, влияющими на вос становление растительности золоотвалов, являются полное от сутствие органического вещества, следовые количества азота, недостаточное содержание калия и фосфора в доступных для растений формах.

Изучение растительности золоотвалов Южноуральской ГРЭС, расположенной в лесостепной зоне, показало, что во всех изученных экотопах идет формирование растительных сооб ществ, близких к зональному типу.

На участках самозарастания "чистой" золы формирование растительного покрова идет медленно от простых несомкнутых растительных группировок с господством полыней и других сор но-рудеральных видов к более сложным по видовому составу разнотравно-полынным сообществам с преобладанием сорно рудеральных видов. Через 35 лет на "чистой" золе формируется разнотравно-полынно-злаковый фитоценоз с преобладанием мятлика лугового, вейника наземного, полыни эстрагон.

На золоотвалах в результате покрытия золы слоем почвы и проведения биологической рекультивации в течение 20—35 лет формируются сравнительно устойчивые и долголетние расти тельные сообщества. Создание культурфитоценозов ускоряет процессы формирования растительности на золоотвалах.

Трансформация культурфитоценозов сопровождается их ксерофитизацией и идет по пути формирования травянистых со обществ, приближающихся к луговым степям с преобладанием мятлика лугового и житняка гребенчатого.

Сравнение исследованных растительных сообществ показа ло, что на золе сформировались обедненные по видовому соста ву, разреженные и менее ценные в хозяйственном отношении растительные сообщества, чем на золе с покрытием почвой. Вес надземной и подземной фитомассы растительных сообществ на разных экотопах золоотвалов свидетельствует о том, что с воз растом происходит увеличение надземной фитомассы и увеличе ние относительного и абсолютного веса подземных органов тра вянистых растений.

3.2.5. Микосимбиотрофизм фитоценозов золоотвалов Одним из показателей формирования функциональных свя зей в формирующихся на золоотвалах растительных сообщест вах является наличие консортивных связей высших растений с грибами — явление микоризы, увеличивающее полночленность биогеоценоза и, следовательно, его устойчивость.

Основными лимитирующими развитие микориз факторами считаются физико-химические свойства почвы: с одной сторо ны, это питательные вещества, содержащиеся в почве, их соот ношение и доступность, с другой — водно-воздушный режим почвы (Логинова, Селиванов, 1968).

Ведущая роль водно-воздушного режима почвы проявляется только при сбалансированном и относительно низком содержа нии питательных веществ, особенно фосфора и азота. Наиболь шее развитие микоризы наблюдается в условиях умеренного увлажнения и достаточной аэрации (Крюгер, Селиванов, 1968) и при умеренных концентрациях питательных веществ в почве, доступных высшему растению (Бурова, 1987;

Катенин, 1972).

Высокое содержание элементов минерального питания, особен но азота и фосфора, подавляет процесс микоризообразования (Бурова, 1987;

Катенин, 1972;

Голубинская, 1979).

Изучению влияния различных экологических условий, систе матического положения высшего растения и гриба-симбионта, а в последнее время и различных антропогенных воздействий на развитие микоризы посвящено много работ.

Микориза имеет большое значение как для самого высшего растения, так и для всего сообщества в целом. Известно, что ми коризные грибы, увеличивая адсорбционную поверхность кор ня, участвуют в поглощении питательных веществ из почвы, влияют на интенсивность фотосинтеза (Селиванов, 1981;

Сентя бова, 1987). Микоризный симбиоз служит одним из главных ка налов, по которым осуществляется круговорот фосфора в при роде, наиболее важную роль микориза играет в водном режиме растений при недостатке влаги в почве (Селиванов, 1975, 1981).

Вопросы изучения микосимбиотрофизма особенно важны при биологической рекультивации промышленных отвалов, так как ее конечной целью является создание устойчивых и достаточно продуктивных биогеоценозов, а при дефиците доступных для растений питательных веществ, неблагоприятных физико-хими ческих условиях грунта наличие микоризы является важным фактором приспособления растений к специфическим условиям.

Имеется ряд работ по изучению микотрофности на отвалах угольных разработок и на золоотвалах тепловых электростан ций (Чибрик, Саламатова, 1985;

Чибрик, Нагибина, Рябкова, 1980). Изучение микосимбиотрофизма растительных сообществ проводилось на золоотвалах Верхнетагильской и Южноураль ской тепловых электростанций, расположенных соответственно в таежной (подзона южной тайги) и лесостепной зонах.

Была поставлена задача — изучить консортивные связи между цветковыми растениями и микоризообразующими грибами на зо лоотвалах: выявить наличие и количественные показатели мико симбиотрофизма у произрастающих на золоотвалах видов расте ний;

определить долю участия микотрофных видов на различных участках золоотвалов в зависимости от проведенных рекультива ционных мероприятий;

определить степень микоризного зараже ния видов в зависимости от экологических условий.

Для изучения микотрофности отбирали корни растений в 5-кратной повторности и высушивали. Отобранные образцы об рабатывали в лаборатории по методике И. А. Селиванова (1981).

Определяли следующие показатели.

Степень микотрофности в баллах (Д):

где N — общее число просмотренных полей зрения;

S — сумма Д= ^ баллов, проставленных исследователем при изучении каждого отдельного поля зрения.

Частота встречаемости микоризной инфекции (F) харак теризует в % соотношение между огрибненными и неогрибнен ными участками корня:

и х ' N где N — общее число просмотренных полей зрения;

п — число полей зрения, где обнаружен микоризообразующий гриб.

Интенсивность микоризной инфекции (С) определялась в % по формуле:

.j Е NxK где 2^nil — сумма произведений;

л, — количество срезов с баллом 1;

и2 — количество срезов с баллом 2 и т. д.;

N — общее число исследованных срезов;

К — наивысший балл шкалы учета.

Микосимбиотрофический коэффициент фитоценоза (М) определяется в % следующим образом:

с, х N п где УС,- — сумма значений, выражающих интенсивность мико i=i ризной инфекции у отдельных видов фитоценоза, имеющих ми коризу;

N — общее количество исследованных видов в фитоце нозе (микотрофных и немикотрофных).

Золоотвал Верхнетагильской ГРЭС (ВТГРЭС). После пре кращения подачи пульпы на золоотвале ВТГРЭС проводились регулярные наблюдения (Шилова, Зуева, 1969;

Чибрик, Крав ченко, 1990;

и др.).

Исследования проводились через 20 лет после начала ре культивационных работ. К этому времени на золоотвале ВТГРЭС наблюдался довольно разнообразный спектр экотопов, которые обусловили своеобразие биотопов и формирующихся растительных сообществ. Всего на золоотвале было зарегистри ровано 118 видов, из них 13 — деревья и кустарники. На "чистой" золе на участке сухого золоотвала сформировались заросли вей ника с незначительным участием других видов с рединой ив и бе рез и очень густые заросли ив с примесью берез и осины (6 ви дов ив, береза повислая и пушистая). На умеренно увлажненных участках "чистой" золы образовались щучковый луг, закуста ренный щучковый луг и клеверо-мятликово-щучковый луг (кле вер белый и мятлик обыкновенный). На первично рекультиви рованных территориях, на полосах с нанесенным грунтом при посеве многолетних трав за 20 лет сформировались разнотрав но-злаковые и разнотравные растительные сообщества с реди ной сосны обыкновенной и берез. Деревья, разрастаясь, усилива ют свою эдификаторную роль. В травостое аспект создают вза имопроникающие микрогруппировки щучки дернистой, полеви цы тонкой, полевицы гигантской, овсяницы красной и манжетки обыкновенной. На полосах с грунтом без посева трав формиру ется смешанный лес с доминированием сосны, реже берез с пре имуществом березы повислой. В травостое аспект создают мать и-мачеха, бодяк щетинистый, тысячелистник обыкновенный, иван-чай узколистный, клевер ползучий, манжетка обыкновен ная. На "чистой" золе между полосами с нанесенным грунтом формируются лесные сообщества с преобладанием лиственных пород. Травянистый ярус на золе более изрежен и беден по видо вому составу, чем на грунте. Общее проективное покрытие со ставляет от 10 до 60 %, в то время как на грунте — 100 %. Аспект на золе создают щучка дернистая, овсяница красная, встречают ся донник лекарственный, цикорий обыкновенный. В целом можно сказать, что после стабилизации поверхности золоотвала полосами грунта зарастание как золы, так и грунта происходит довольно успешно. Причем зарастание золы с грунтовым по крытием идет более быстрыми темпами, чем зарастание "чис той" золы.

Для исследования микотрофности на золоотвале были отоб раны образцы травянистых растений в трех растительных сооб ществах. Одно из них расположено на "чистой" золе. К моменту наблюдения здесь образовалось вейниковое сообщество с доми нированием вейника наземного (сор2). Проективное покрытие от 20 до 80 %. Кроме вейника из злаков преобладают щучка дер нистая (sp — сор,), овсяница красная (sp — cop,). На фоне злаков выделяются иван-чай узколистный (sp — cop,), клевер гибрид ный (sp).

Второе сообщество расположено на рекультивированном участке с полосным нанесением грунта. Растительность пред ставлена злаково-разнотравной группировкой с общим проек тивным покрытием 50—100 %. Полосы золы размыты, четких границ нет, местами видны пятна золы. Задерненность доходит до 30—40 %. Из злаков преобладает полевица гигантская (sp), из разнотравья — одуванчик лекарственный (сор,), манжетка обык новенная (sp — сор,), иван-чай узколистный (sp — cop,), донник лекарственный (sp — сор,), подорожник ланцетолистный (sp).

Третья растительная группировка также расположена на ре культивированном участке с полосным нанесением грунта. В сложении растительной группировки принимают участие дре весные виды: осина, ольха серая, береза повислая, ивы. Встреча ются кустарники: роза иглистая, малина.

Высота деревьев достигает 1,5—3,5 м. В травостое, как на зо ле, так и на грунте, преобладают виды: иван-чай узколистный (сор,), щучка дернистая (сор,), одуванчик лекарственный (сор,), льнянка обыкновенная (sp), мятлик луговой (sp), овсяница крас ная (sp), подмаренник сибирский (sp), пырей ползучий (sp), скер да кровельная (sp);

причем встречаемость этих видов на грунте выше,чем на золе. Бодяк щетинистый (sol), звездчатка злаковая (sol — sp), лапчатка норвежская (sol), манжетка обыкновенная (sp) встречаются только на полосах грунта. Житняк гребенча тый (sol), клевер луговой (sol), клевер ползучий (sol), кульбаба осенняя (sol) — только на полосах золы. Образцы растений для исследования микотрофности отбирались как на полосах золы, так и на полосах грунта.

На золоотвале ВТГРЭС была изучена везикулярно-арбуску лярная эндомикориза у 87 травянистых видов. Микотрофным оказался 81 вид (93,1 %). Большинство видов слабомикотрофны.

Относительное число микотрофных видов на грунте (90 %) чуть выше, чем на золе (87 %). Степень микотрофности растений на золе (0,8) выше, чем на грунте (0,6) (табл. 3.23). Интенсивность микоризной инфекции на золе (15,8 %) выше, чем на грунте (10,4 %). Частота встречаемости микоризной инфекции на золе (49,3 %) также выше, чем на грунте (42,6 %).

•sJ-OOOO ^O о" «-Г т" со* м—т cn ""! '"I ^ rl ю" осГ оС - § CO —' ^" « o" cs o" —" o' s = оg OO *& **t p^ O\ OO Г^ Q\ CO efl t^ O\ OO Ю —" o" o" o" 1в!

ОS g§ § 4) ЮR« g _ s °1 §" 8 S о a B" и е I I -E -a,p с и u H I- H « i о. ч -.

g 8В ffl I lli iil ! i 3 о ®i § о§ ® ё ё 1 1 1 1. ° 1 со со Е Д uu SQWJJS В зависимости от степени микотрофности И. А. Селиванов и В. Ф. Шавкунова (1973, 1979) предлагают условно делить расте ния на три группы: высокомикотрофные — со степенью мико трофности 3,6—5,0, среднемикотрофные — 1,8—3,5 и слабоми котрофные — 0,1—1,7 баллов.

Наиболее микотрофными оказались следующие виды: по лынь горькая, полынь обыкновенная, вейник наземный, донник лекарственный, кульбаба осенняя, мелколепестник едкий, оду ванчик лекарственный, тысячелистник обыкновенный, щучка дернистая. Степень микотрофности их на золе от 1,6 до 2,9 бал ла, на грунте от 0,9 до 1,2. Интенсивность микоризной инфекции всех этих видов на золе выше, чем на грунте. Показатели обилия и встречаемости хорошо иллюстрируют различное пространст венное распределение растений на золе и на грунте (табл. 3.24).

На грунте растения распределены относительно равномерно, как правило, с невысокими показателями обилия и более высо кими показателями встречаемости, чем на золе. На золе наблю дается мозаичность распределения видов: многие виды образуют микрогруппировки. Наиболее высокие показатели обилия на зо ле имеют вейник наземный (copigr), иван-чай узколистный (sp — сор,), кульбаба осенняя (сор,).

Известно, что в становлении симбиотических отношений высших растений с грибами существенную роль играют биоэко логические особенности микосимбионтов. Исследованием мико симбиотрофизма злаков (Селиванов, Утемова, 1970) установле но, что ксерофиты, мезофиты и гигрофиты в разной степени ми котрофны.

При исследовании микотрофности у различных экологических групп растений в условиях золоотвала установлено, что на участ ках самозарастания "чистой" золы наиболее высокую степень ми котрофности имеют мезогигрофиты (2,2), чуть меньше степень микотрофности у мезофитов (1,7) и самая низкая — у мезоксеро фитов (0,3 балла) (табл. 3.25). На полосах золы степень микотроф ности мезофитов выше, чем на полосах грунта (1,4 и 0,6 соответст венно). Мезоксерофиты имеют одинаково низкую степень микот рофности как на золе, так и на грунте (0,3балла).

За 25 лет на золоотвале Южноуральской ГРЭС (ЮУГРЭС) сформировался разнотравно-полынно-злаковый фитоценоз.

Преобладают мятлик луговой (сор,), вейник наземный (сор,), по лынь эстрагон (sp), синяк обыкновенный, лапчатка серебристая (всего 44 вида), преимущественно луговые многолетники (42 %), Т а б л и ц а 3. Микотрофность различных биоэкологических групп растений, баллы Золоотвал ЮУГРЭС Золоотвал ВТГРЭС Экологическая "Чистая" Золоотвал Зола группа "Чистая" Полосы "старый" Полосы с покры- зола под (зола с по зола золы грунта тием дамбой крытием) — — — Мезогигрофиты 2,2 1,9 — Мезофиты 0, 1,5 0,6 0, 1,8 1, Ксеромезофиты 0, 0,6 0,6 0, 1,5 1, Мезоксерофиты 1,0 0, 0,3 0, 1,2 0, Ксерофиты — — — — — 0, мезофиты. Задерненность — 60 %, общее проективное покры тие — 80 %.

На рекультивированном участке, где был нанесен слой поч вы и высеяны многолетние травы, сформировался разнотравно злаковый фитоценоз. Здесь преобладают житняк гребенчатый (сор,), мятлик луговой (сор,), пырей ползучий (сор,);

из разно травья — лапчатка серебристая, икотник серый, люцерна хме левидная (всего 50 видов), преимущественно луговые и сорно рудеральные (36 %), многолетники (62 %), мезофиты. Задернен ность — 80 %, общее проективное покрытие — 100 %.

Анализ продуктивности данных сообществ показал, что воз душно-сухая масса надземных органов на рекультивированном зо лоотвале составила в среднем 13,5 ц/га, а подземных органов — 50,8 ц/га, что более чем в три раза превышает надземную. Над земная фитомасса на "чистой" золе составила 10,3 ц/га, а подзем ная фитомасса почти в 6 раз больше — 59,4 ц/га (см. табл. 3.17).

Это говорит о том, что на золе корневая система растений раз вита относительно лучше, чем на грунте.

Сравнительный анализ растительных группировок, сформи рованных на зольном субстрате и на золе с покрытием, показал, что зола является менее благоприятным субстратом для произ растания на ней растений. Несмотря на одинаковый возраст уча стков травостой, сформированный на золе, характеризуется большей разреженностью, а также невысокой хозяйственной ценностью. В связи с проведенной в 1965—1966 гг. биологичес кой рекультивацией золоотвала и посевом ряда культур следует отметить, что наиболее долголетней культурой оказался житняк гребенчатый. Он способствует созданию долголетних продук тивных травостоев, закрепляет субстрат путем образования дер новины.

Микотрофность была изучена у 44 видов растений. Боль шинство видов (62 %) микотрофны. Не обнаружена микориза у представителей семейств, Chenopodiaceae, Polygonaceae, Caryo phyllaceae.

На отсутствие микоризы у этих растений, произрастающих в разных экологических условиях, указывалось многими авторами и раньше (Крюгер, 1961;

Катенин, 1964;

Селиванов, Утемова, 1969;

Селиванов, Шавкунова, 1973;

и др.). Одни авторы видят причину отсутствия микоризы в анатомическом строении корня, в частности в наличии толстостенного эпидермиса (Катенин, 1964). Другие связывают ее с химическим составом растений (Кириллова, 1970).

Анатомо-морфологическая картина микориз у всех исследо ванных видов растений однообразна и характеризуется равно мерным распределением гриба в мезодерме корня вокруг цент рального цилиндра. Кроме гиф в клетках корня очень часто встречаются арбускулы и везикулы и зернистая масса — про дукт переваривания растением гриба. Большинство видов в со обществах на золе и на золе с покрытием, по классификации И. А. Селиванова и В. Ф. Шавкуновой (1973), относятся к слабо микотрофным видам. Относительное число микотрофных видов на золе с покрытием (65 %) выше, чем на золе (52 %). Степень микотрофности растений на золе (0,5) чуть выше, чем на грунте (0,4). Интенсивность микоризной инфекции на золе (8,3 %) вы ше, чем на золе с покрытием (5,2 %). Частота встречаемости ми коризной инфекции на золе (32,7 %) выше, чем на золе с покры тием (17,3 %) (табл. 3.26 и 3.27).

Наибольшую степень микотрофности на золе (выше 0,5 бал ла) имеют тысячелистник обыкновенный, полынь горькая, си няк обыкновенный;

на золе с покрытием почвой — синяк обык новенный, молочай Вальдштейна (см. табл. 3.26).

При исследовании микотрофности у различных экологичес ких групп растений в условиях золоотвала установлено (см. табл.

3.25), что наиболее высокую степень микотрофности как на зо ле, так и на золе с покрытием почвой имеют ксеромезофиты, причем показатели степени микотрофности на золе чуть выше, чем на золе с покрытием (0,7 и 0,5 соответственно). Чуть мень ше степень микотрофности на золе у мезоксерофитов (0,6) и са мая низкая — у мезофитов (0,3). На золе с покрытием наимень e Is is ! °°. Ч •* Ю 00 Tt 2 ^ ОТ (N - Ei s чооо со CN en r-- r~~ t^-oo о" о" о" о" о" о о" о" о" О ^ О О С5 О С) ОО О i О О ?j О О О й о. ;

ии Т _', J_I J^ и и ! О. О. "о g g& I :

шие показатели степени микотрофности имеют мезоксерофиты (0,1), чуть больше эти показатели у мезофитов (0,4).

Проведенные исследования показали, что растительный по кров всех участков золоотвалов представлен в основном мико трофными видами. Виды, являющиеся субдоминантами и доми нантами, имеют относительно высокие показатели микосимбио трофизма. Средние показатели микотрофности на золе выше, чем на грунте. Процент микотрофных видов и средние показате ли микотрофности в подзоне южной тайги выше, чем в лесо степной зоне. Важными факторами, влияющими на процесс ми коризообразования, являются почвенно-грунтовые условия, осо бенно влажность почвы, а также содержание в почве азота и фо сфора. Поэтому на золе при недостатке азота и фосфора и при неустойчивом водно-воздушном режиме микосимбиотрофизм как форма консортивных связей высших растений с грибами служит одним из главных каналов поглощения названных эле ментов, играя важную роль при формировании фитоценозов на золоотвалах.

3.2.6. Характеристика ценопопуляций вейника наземного — доминанта при самозарастании золоотвалов Среди разнообразных форм антропогенного нарушения зе мель промышленных районов значительное место занимают зо лоотвалы тепловых электростанций. Большие площади золоот валов и их негативное влияние на окружающую среду требуют разработки методов рекультивации. Установлено, что покрытие зольного субстрата почвой или грунтом ускоряет формирование хозяйственно ценных фитоценозов (Чибрик, Кравченко, 1990).

Но на большинстве промышленных предприятий нет запаса поч вы или пригодных для биологической рекультивации потенци ально плодородных пород. Поэтому большое значение имеют естественное восстановление растительного покрова и его изу чение. Кроме того, особенности самозарастания нарушенных промышленностью земель необходимо учитывать и при выборе метода рекультивации.


Самостоятельное значение в плане изучения адаптационной способности растений и направлений трансформации раститель ного покрова в промышленно развитых регионах имеет изуче ние ценопопуляций видов, являющихся доминантами и эдифика торами растительных сообществ, возникающих при самозарас тании.

Важную роль в процессе самозарастания нарушенных земель играют вегетативно-подвижные растения. Они обладают хоро шо выраженной способностью к вегетативному возобновлению и размножению, способностью осваивать новые территории с помощью зачатков, физиологически более сильных, чем семена, повышенной анатомической, морфологической и физиологиче ской пластичностью. По Е. Л. Любарскому, группа вегетативно подвижных растений имеет ряд существенных биологических, экологических, фитоценотических преимуществ перед другими растениями (Любарский, Полуянова, 1984).

К группе вегетативно-подвижных растений относится вейник наземный (Calamagrostis epigeios (L.) Roth) — длиннокорневищ ный злак, часто являющийся доминантом в растительных сооб ществах, сформированных в процессе самозарастания золоотва лов Южноуральской и Верхнетагильской ГРЭС на участках, не подвергавшихся рекультивации. Этот вид наряду с пыреем пол зучим (Elytrigia repens (L.) Nevski) и мятликом луговым (Роа pratensis L.) имеет высокие баллы постоянства и доминирования в растительных сообществах, формирующихся на других типах нарушенных промышленностью земель (Чибрик, Елькин, 1991).

Баллы постоянства и доминирования введены для обобщен ной оценки участия видов в формировании растительных сооб ществ на нарушенных промышленностью землях. Для каждой зоны были взяты по 10 техногенных объектов. На основе про цента встречаемости (Шенников, 1964) вводился балл постоянст ва, но не по 5-, а по 10-балльной системе. Показатель балла по стоянства для зоны равен сумме баллов постоянства в раститель ных сообществах 10 техногенных объектов, т. е. максимально возможная сумма баллов постоянства по зоне — 100. Аналогич ным образом вводился балл доминирования по зонам.

Балл постоянства (Чибрик, Елькин, 1991) вейника наземного в сообществах степной зоны — 15, лесостепной — 73, лесной — 34 (сравнение, соответственно, для Elytrigia repens (L.) Nevski — 24, 80 и 40;

для Роа pratensis L. — 15, 40 и 59), а балл доминирова ния, соответственно, 11, 50 и 12 (для Elytrigia repens (L.) Nevski — 12, 40 и 19;

для Роа pratensis L. — 4, 18 и 22).

В степной и лесостепной зонах вейник наземный примерно в 2/3 растительных сообществ является доминантом, часто обра зуя почти одновидовые заросли. В растительных сообществах лесной зоны этот вид является доминантом значительно реже, примерно в 1/3 растительных сообществ.

Вейник наземный широко распространен в лесной зоне, так же в лесостепи и горных районах. На местах сведенных лесов в первые годы формирования луга часто образует почти чистые заросли. Является обыкновенным растением на материковых су ходольных местоположениях и в поймах рек в местах отложения песчаного наилка (Флора Центральной Сибири, 1979). Нетребо вателен к почве, растет на песке, выносит значительное засоле ние. Приурочен к хорошо дренированным почвам разной степе ни оподзоленности. Одно из основных растений лесостепи За падной Сибири на солонцеватых и солонцевато-солончаковых почвах (Ларин, 1950). Типичными местообитаниями вейника на земного являются сухие луга и лесные поляны, разреженные ле са, приречные пески и галечники, т. е. он предпочитает сухие пе счаные и супесчаные почвы (Цвелев, 1976). Поселяется на золо отвалах естественным путем благодаря своей широкой пластич ности и приспособляемости.

Вследствие того, что корневища образуют дернину, вейник хорошо закрепляет зольный субстрат и склоновые поверхности, в результате чего уменьшается ветровая и водная эрозия. Вей ник, как и другие цветковые растения, способствует обогаще нию зольного субстрата органическими и минеральными веще ствами, благодаря чему активизируется деятельность почвенной микрофлоры, создаются условия для прохождения последующих стадий сингенеза формирующимися растительными сообщест вами.

Вейник наземный — многолетнее травянистое поликарпиче ское длиннокорневищное растение с вневлагалищным типом во зобновления побегов. В соответствии с разработанной класси фикацией (Ценопопуляции растений, 1976) этот вид относится к явно полицентрическому типу биоморф. Взрослые особи вейни ка наземного характеризуются наличием нескольких выражен ных центров разрастания особей. Каждый из таких центров яв ляется местом сосредоточения корней, побегов и почек возоб новления и представляет собой относительно автономную часть особи. Такими центрами могут быть парциальные кусты или, при отсутствии кущения, парциальные побеги (Смирнова, 1976).

Вейник наземный имеет два типа побегов: укороченные вегета тивные и генеративные.

Изучение ценопопуляций вейника на золоотвалах проводи лось в фитоценозах, сформировавшихся в процессе самозараста ния на чистой золе, где вейник выступал в качестве доминирую щего вида. На золоотвале ЮУГРЭС исследования проводились в июле 1990 и 1991 гг., а на золоотвале ВТГРЭС — в июле 1991 и 1992 гг.

Для сравнительной характеристики численности и морфо структуры ценопопуляций в качестве "фитоценотической счет ной единицы" (ценобионта) рассматривались парциальные побе ги или кусты. Они представляют собой элементарные центры воздействия особи на среду (Ценопопуляций растений, 1976).

Растительность участка самозарастания на золоотвале ЮУГ РЭС представлена разнотравно-полынно-вейниковым сообще ством с общим проективным покрытием 70—95 %. Местами вид ны пятна золы. Задерненность 40—90 %. На золе встречается ракитник русский (Chamaecytisus ruthenicus (Fisch. ex Woioszez.) Klaskova), из древесных был встречен только лох узколистный (Elaeagnus angustifolia L.). Основную роль в сложении травостоя этого сообщества играет вейник наземный (встречаемость 62 % в 1990 г. и 97 % в 1991 г.), полынь горькая (Artemisia absinthium L.) (встречаемость соответственно 54 и 35 %), полынь эстрагон (Artemisia dracunculus L.) (10 и 11 %), латук татарский (Lactuca tatarica (L.) С. А. Меу.) (26 и 28 %), синяк обыкновенный (Echium vulgare L.) (11 и 19 %), донник белый (Melilotus albus Medik.) (14 и 16 %). Всего зарегистрировано 37 видов.

На "чистой" золе золоотвала ВТГРЭС сформировалось раз нотравно-бобово-злаковое сообщество. Травостой довольно гу стой, общее проективное покрытие составляет 85—100 %. За дерненность — 80—100 %. Аспект создается вейником назем ным (встречаемость 100 %), пятнами клевера лугового (Trifolium pratense L.) (16 %), клевера ползучего (Trifolium repens L.) (11 %), полыни обыкновенной (Artemisia vulgaris L.) (18 %), бодяка ще тинистого (Cirsium setosum (Willd.) Bess.) (23 %), горца земновод ного (Polygonum hydropiper L.) (13 %), мари белой (Chenopodium album L.) (12 %), взаимопроникающими группировками щучки дернистой (Deschampsia cespitosa (L.) Beauv.) (30 %), овсяницы красной (Festuca rubra L.) (30 %). Всего было зарегистрировано 32 вида травянистых растений. Из древесных единично встреча ются ивы (Salix sp.), осина (Populus tremula L.), береза повислая (Betula pendula Roth.), сосна (Pinus sylvestris L.).

Пространственная структура ценопопуляций проявляется в характере размещения особей (парциальных образований). Про странственное размещение направлено на достижение опти мальной плотности в условиях ценотической конкуренции. Про странственную структуру можно рассматривать как в верти кальном (ярусность), так и в горизонтальном (мозаичность) на правлении (Заугольнова и др., 1988). При анализе горизонталь ной структуры ценопопуляции обычно устанавливается харак тер размещения особей по площади ценоза. Принято различать случайное, регулярное и групповое размещение (Одум, 1975).

Полученные в результате исследования данные свидетельству ют о том, что ценобионты вейника наземного произрастают на исследуемых вариантах более или менее равномерно, о чем сви детельствует высокий коэффициент встречаемости (100 %). Та кое относительно равномерное распределение вейника по пло щади обусловлено биологическими особенностями вида, способ ностью его быстро расселяться за счет корневищ.

Вместе с тем можно выделить отдельные участки (ценопо пуляционные локусы), отличающиеся высокой относительной плотностью произрастания побегов. Так, общее количество побегов на 1м2 изменяется от 64 до 716 при среднем числе по бегов — 371 на золоотвале ВТГРЭС в 1991 г. (табл. 3.28).

Анализ данных, отражающих изменение числа побегов вей ника на учетных площадках вдоль трансекты, показал, что ка кой-либо строгой зависимости между характером произрастания растений и экотопическими условиями не наблюдается. Вероят но, отсюда следует, что ведущий фактор, обусловливающий осо бенности горизонтальной структуры ценопопуляции вейника на земного, — это биологические особенности вида.

Представление о плотности ценопопуляции вейника назем ного дает структура побегов на единицу площади. Генеративные побеги на золоотвале ВТГРЭС в 1991 г. составили 30 % при об щем числе побегов на 1 м2 — 371, в 1992 г. — 25 % при общем числе побегов на 1м2 — 349.

Уменьшение процента генеративных побегов на золоотвале ВТГРЭС в 1992 г. по сравнению с 1991 г. может быть связано с неблагоприятными экологическими условиями лета 1992 г. — холодным и дождливым.

Кроме вейника наземного на 1м на золоотвале ВТГРЭС встречалось от 2 до 18 других видов, в среднем по всей ценопопу ляции 14 видов. Это следующие виды: чина луговая (Lathyrus pratensis L.), клевер луговой, клевер ползучий, марь белая, зем ляника лесная (Fragaria vesca L.), ивы, береза повислая и др. На ибольшее распространение получили растения семейства бобо вых — разные виды клевера и чина луговая, их обилие достига Т а б л и ц а 3. * CS Я 8 п S о" о" ° cs r- § § а i Морфологические показатели вегетативных ценобионтов изученных ценопопуляций вейника наземного ^ ^ T—I t—( Я х S Ч В! 8 10 g. vn о" н ч т 1 Е о X СО сп" оо ° 1-Г CN 0.


зg о CN II 1 en — со cs 1 VO CS OS * Местонахождение ценолопуляций, соответственно, на золоотвалах ЮУГРЭС, ВТГРЭС. ** Год наблюдений.

E cs г- cs б 11 о" о" о" i е? о 1К ^ & cs" s g Ф «о (- X ЧО О аз Г— Г~ p~ Os * 8- О O т— •3- u ( | " -H (Г) СП (T) cs п vo •* cs 1 г~.§ число о" 2 O cs"CN, Я.

1 rt CS i вейника на:

лах ЮУГРЭС, В О OS Os.§ 6 о" о" о" 1 gs f SO O ЮУГРЭС— M4 я 8- 5 Я °;

со О e g еч ш XC я 1 ^ 1 -S e m S so X Е M M & 1 4. ос ^ л ^ —i CS CS В о rt о" Ч % i4»

CQ Ш -i Г^ OS Os о" о" о" 1УГРЭС— H 00 OS i E 1 8 CQ ю cs" f •t 8- ^f со !^ oo Ч en cs ™ oo I O.

u м S О r Os^ oo" 001 Ю I 1- *S U 0 е s =f чо " 0 - V -1.

CS * W * Кол-во листьев | Показатель ! * т тт Высота, см Ь о ci cl * Вес, г s 2 2 CQ И ло значений сор2 — сор2_3 (по шкале Уранова—Друде). Эти виды можно считать содоминантами вейника наземного. Остальные виды встречались единично.

Вертикальная структура ценопопуляций рассматривалась как вертикальная неоднородность побегов вейника наземного (ярусность). Она тесно связана с размерами и возрастным состо янием растений. В вертикальной структуре травостоя вейника в исследуемых ценопопуляциях отчетливо выделяются два основ ных подъяруса: первый подъярус образуют генеративные побе ги с высотой 70—120 см на золоотвале ВТГРЭС, второй подъя рус — вегетативные побеги с высотой 40—80 см на золоотвале ВТГРЭС.

Кроме того, в пределах каждой возрастной группы наблю дается большое варьирование особей по высоте (табл. 3.29).

Этот показатель по всем местообитаниям имеет коэффициент вариации от 0,11 до 0,18. Исключение составляют данные 1992 г.

по ценопопуляций вейника наземного на золоотвале ВТГРЭС.

Средние значения высоты генеративных ценобионтов на зо лоотвале ВТГРЭС значительно выше, чем на золоотвале ЮУГРЭС.

Количество узлов на удлиненной части побега варьирует от 2 до 5, при среднем значении 2,6—3,6 (коэффициент вариации 0,14—0,29). Число живых листьев по пределам варьирования и средним значениям убывает в ряду ЮУГРЭС — ВТГРЭС. Эти два признака слабо скоррелированы как между собой, так и со всеми другими (табл. 3.30).

Длина и ширина предфлажья являются своеобразным тестом на величину ассимилирующей поверхности ценобионтов, опре деляющей такой его интегральный показатель, как общий вес.

Об этом свидетельствует высокий уровень корреляции этих при знаков. Коэффициент корреляции этих признаков независимо от местообитания не ниже 0,6 (от 0,6 до 0,8).

Средняя длина предфлажья убывает в ряду ВТГРЭС • — ЮУГРЭС с 28,8 до 23,1 см при коэффициентах вариации от 0, до 0,28. Коэффициенты вариации ширины предфлажья изменя ются от 0,12 до 0,29.

Вес ценобионта, вероятно, более тесно связан с условиями местообитания, изменяется в довольно широких пределах, о чем свидетельствуют более высокие по сравнению с другими призна ками коэффициенты вариации, хотя достаточно стабилен его уровень на разных местообитаниях (0,32—0,42).

о OO OJ О4 СЧ C*4 CO ^" «"^ ^™ CO ^" со о о" о" о о" о" о" о" о" о о" о -I i s sJ -3з з 3 X П Б сч»• o o c-n r j ^ « «- « сч ;

_;

»о т ;

2 ""» ** S 1s м оо ^^ ^ И 0" ^ ?1 2 »

i S\ ^* с? '"^ •8 н ё 00 VO *ОМ С '" ^S CОчO C CN *О *О t r i w "™l' ^ и ^- »— СМ C S »— CM B о о" о" с cf о" о" о" cf о" о" °.

8- г? 45 VO °Ч. СМ ~ О """-со s 0 СО Г-* S «S Г-* и гЯ ^ О °°- СО „ j i 6 « Л ^Л йЛ Л г г З S - ° «г — ^- СМ— — СП — — CM COCO 6 0 О ОО ООО О 0 *О - ^ •* t г- — ^ m ^ Оч ~ 51 « м 2 СМ " vn" • S о" CM со И X Г*. см ^^ 00 ^j.

- °- in °о з E 1 м о 2 ^ "" «л ®" vo ю С М С оо —М с м СОл СМ г»

—ео г~ ооо 6 I- ~- ~- СМ ^'Ч.

о" о" о" о" о" о о" о" о" о о* g- см — о со._ о со _^ —t ЮУГРЭС*— г~ оо "^^ С о" to г- СМсо" "} ^• С „ Ч 00 „ М ^t о *-• S I I i-. iП i I S 2 о" » "" 1 Sg ш §к " " 8е« S аS B§ s.§ д- ий йн О о е г в § s s.

« S.S В 1i 11 I « ^v.

«j r* *^ * ne о g. s 1& s s s If &p x lё § •* I Sis h i is н iS i P!

l I — CM CO Tfln ЧЭР-00 O\ 2 ~ *f Признаки 7—11 (см. табл. 3.30) характеризуют генеративную сферу ценобионтов. Эти признаки имеют высокий уровень корре ляции с весом побега. Можно предполагать, что длина соцветия является тестом (отражает) интенсивности ростовых процессов.

Такие признаки, как количество мутовок в соцветии, количество веточек в мутовках, количество колосков во второй мутовке, в большей степени являются отражением органообразовательных процессов. Вес соцветия, как и общий вес ценобионта, является центральным показателем развития генеративной сферы.

Ценопопуляции вейника наземного являются структурным подразделением растительных сообществ. Существуют разные концепции формирования сообществ. Р. Уиттекер (1980) разра ботал концепцию формирования сообществ через дифференци ацию ниш. По В. И. Василевичу (1979, 1982, 1983), причина су ществования сложных сообществ — в существовании большого числа экологически равноценных растений и замедленного про цесса конкурентного исключения из-за неподвижности расте ний. Р. Уиттекер под экологической нишей понимает позицию ценопопуляций в пределах конкретного сообщества, т. е. весь набор факторов, которые контролируют ее стабильность в со обществе. Число их практически бесконечно.

На нарушенных промышленностью землях формирование сообществ идет по типу первичных сукцессии в определении А. П. Шенникова (1964) на открытом, практически безжизнен ном пространстве, часто в экстремальных эдафических (своеоб разных по химическим и физическим свойствам) и микроклима тических условиях. На первых этапах формирования идет жест кий экотопический отбор и интенсивная элиминация растений, особенно в фазе проростков и всходов. Виды, имеющие преиму щества по любому из жизненных параметров, обладают более высоким потенциалом для выживания и формирования жизне способной ценопопуляций. В этих условиях, на наш взгляд, опре деляющее значение в формировании растительных сообществ играет процесс дифференциации ниш.

3.2.7. Содержание тяжелых металлов в системе "субстрат—растение" на золоотвалах В Свердловской области в результате визуального обследо вания индивидуальных отвалов выделено более 30 их различных категорий, существенно отличающихся происхождением, поро дами, морфологией, параметрами и др. Во всех случаях имеет место катастрофическое нарушение растительного покрова, вплоть до полного уничтожения. Образуются неоэкотопы тех ногенных ландшафтов, термин введен Б. П. Колесниковым (Ко лесников, Пикалова, 1974).

Биогеоценозы техногенных ландшафтов лишены многих ка честв эволюционно зрелых природных биогеоценозов (ничтожное количество органического вещества в поверхностных слоях, слу чайный состав биоценозов, примитивность их структуры, малая ус тойчивость, пониженная способность к самовоспроизводству и др.). При естественном восстановлении (так называемый процесс самозарастания) для них характерны замедленное развитие и низ кая продуктивность. Поддержание заданных при биологической рекультивации состава, структуры и уровня биологической про дуктивности требует привноса вещества и энергии (подготовки на техническом этапе рекультивации, перекрытия почвой, внесения органических и минеральных удобрений и т. д.).

Техногенные ландшафты из-за низкой биологической про дуктивности и специфических биофизических и биогеохимичес ких свойств образуют своеобразные экологические ниши на пу тях планетарной миграции веществ и энергии, они искажают нормальный ход всех фундаментальных процессов, протекаю щих в биосфере (биологический круговорот, большой кругово рот азота и т. д.) и снижают их интенсивность. Большинство тех ногенных ландшафтов неблагоприятны для жизнедеятельности и здоровья человека.

В индустриальных регионах часто образуются техногенные геохимические аномалии, связанные с деятельностью промыш ленных предприятий как горнодобывающей, так и перерабаты вающей промышленности. В них возникает совершенно новый тип круговорота химических элементов (Ивлев, 1986;

Ильин, 1991;

Перельман, 1975, 1989). В связи с этим представляет инте рес проследить движение тяжелых металлов (ТМ) в системе "субстрат—растение" на примере золоотвалов Верхнетагиль ской (площадь 125 га) и Южноуральской (площадь 68 га) тепло вых электростанций, расположенных в разных зонально-клима тических условиях (соответственно ВТГРЭС — подзона южной тайги;

ЮУГРЭС — лесостепная зона).

Эти золоотвалы при значительном сходстве свойств субстра та различаются положением в разных зонально-климатических условиях, поэтому неоднократно привлекали внимание как объ екты исследования (Пасынкова, 1974;

Пикалова и др., 1971, Таблица 3. Количество исследованных образцов, шт.

Вид образца Объект Местообитание, вид субстрата Надземная Субстрат Корни масса Золоотвалы "Старый" рекультивирован Южноуральской ный золоотвал, зола + почва 32 ГРЭС "Старый" нерекультивиро 43 ванный золоотвал, зола "Новый" золоотвал, зола 35 33 Золоотвал Рекультивированный учас Верхнетагильской ток, зола + грунт 70 ГРЭС Нерекультивированный учас ток, зола 98 108 Участок вторичной рекуль тивации, зола с примесью грунта и торфа 47 Всего: 296 1974;

Шилова, Зуева, 1969;

Махонина, Ахметьянова, 1979;

и др.).

Содержание ТМ в системе "субстрат—растение" изучалось на золоотвалах в разных по свойствам субстрата местообитани ях (табл. 3.31). На ЮУГРЭС местообитания различаются по воз расту ("старый" и "новый" золоотвалы) и по свойствам субстра та (зола + почва и зола). На золоотвале ВТГРЭС образцы отби рались на рекультивированном участке на полосах с грунтом и на золе без покрытия (отличие по субстрату). На вторично ре культивированном участке проведены раскорчевка деревьев и кустарников, планировка и добавка органики (торф и др.), т. е.

разница по субстрату и в какой-то мере по возрасту.

Образец растений компоновался из 5—10 экземпляров одно го вида при случайной выборке, высушивался и подвергался су хому озолению. Одновременно определялась их зольность. Об разцы субстрата отбирались из ризосфер этих же растений с глу бины 0—20 см из 5—10 прикопок и усреднялись.

Микроэлементный состав субстрата и золы растений опреде лен спектральным полуколичественным методом в Централь ной лаборатории Уральского геологического управления.

Всего отобрано и проанализировано 812 образцов, в том чис ле субстрата — 296, золы надземной массы растений — 334, кор ней — 292 образца.

Общая картина по содержанию ТМ в субстрате и накопле нию в растениях на золоотвалах ЮУГРЭС и ВТГРЭС пред ставлена соответственно в табл. 3.32 и 3.33. Есть достаточно данных, что на химический состав растений оказывают влия ние климат, химический состав почв и горных пород, видовая принадлежность растений. При этом микроэлементный состав (содержание ТМ) в большей степени зависит от геохимических особенностей ландшафта (Перельман, 1975, 1989). Сравнение среднего содержания ТМ в субстрате золоотвалов показало, что из 19 элементов содержится примерно одинаковое количе ство Со, V, Mo, Be, и Zr. В субстрате золоотвала ВТГРЭС на 10—25 % выше содержание Ti, Pb, Zn, Sr, Ga, Y и на 35 % Ag, в 1,9 раза Си, в 2,75 раза Sn. Содержание Ni, Cr, Мп в 1,3—1, выше в субстрате золоотвалов ЮУГРЭС по сравнению с золо отвалом ВТГРЭС.

Сравнение содержания ТМ в субстрате золоотвалов с соот ветствующими показателями почвы (данные по почвам Урала М. А. Глазовской, 1964) свидетельствует о существенном обога щении золы многими ТМ по сравнению с почвой. Среднее содер жание Со в субстрате описываемых золоотвалов выше в 3,3 ра за, Мо, V, Ti, Sr — в 1,5—2 раза. Особенно существенно превы шение по Мп (в 8—10 раз), Си (в 4—7 раз), Zn (в 3—5 раз), РЬ (в 7—9 раз), Sn (в 2,8—7,7 раза), Be — более чем в 3 раза (соответ ственно по золоотвалам ЮУГРЭС и ВТГРЭС). В то же время на золоотвалах ниже среднее содержание Y в 1,7 раза, Ga — в 2,5— 2,7 раза, Zr почти в 3 раза по сравнению с почвами Урала. Таким образом, субстрат золоотвалов по микроэлементному составу существенно отличается от почв Урала.

Зольный субстрат существенно влияет на морфологические признаки растений. Наблюдается явление неотении, ослаблено кущение злаков, уменьшается площадь листовых пластинок и ассимилирующая листовая поверхность растений, изменяются ростовые процессы корневых систем (Хамидулина, 1964а,б;

Бес прозвана, 1970а, б;

Пикалова, 1970а, б;

и др.).

Спектральный анализ субстрата золоотвалов, надземной и подземной биомассы растений на 37 элементов показал наличие 19 из них. Нанесение на поверхность золоотвала почвы или по тенциально плодородных пород изменяет содержание ТМ. Неза I r- — о «S -н о -ч —i О CM О" -ч о" о" — if с оЭ •-. OS VO О, —^ O0_ O. Wj. Ю ON ON VO,-Г сГ о" "-^ vo" о" -ч" о" о" о" о" о" —•" о" о" о" о" о" г-' •-Г о" о" о" 2 о —" о" о" о" о" о" —i О" О" ^ ^н 0 Г-" ^н ^i о" -« ^ О" — О" О" О" О" О" я о •-HOOOOOVO-HOOOP-O^OOOOO I VO *. 5 Ч °- (N «Ч 40 g Г- -i °°„ (N (N «Ч - g «N* S 8 'В ос и - § - !* 5 о" о' 2 - о 05. П.

оч о о 2;

- N g со ^ «1 - -н г-. 0 "^ с* S о - оо 5?

о оо * ч ^ S.

ON^^-ioJCNsoooin s и 2 *—i г"гл ON ос =* - § и о 0-0- ос 0- rt сч s s з;

о. о N :

- H - о.

I в е S g I g t я XXXXX ё TtrJ-CSOO—ijr I I го со §• ч Ю со Н s I IE ее — OOCSOOOOO'-'-нгО^-н-нгООООО я л и X 00 Wl VO ^- -1 SJ m" °"- °- ^ - ^ 0 • ~о2~ °° «Ч «Я л Ч 5 vo *1M л S Я "} •- °i Ч «Ч " t- — i v i r— o o t-чo 00 v S r o, -, - —i o - oO ° N PO 40 'i. t-~ — го vo \o - ч *.

. (N «Ч. И "Т- О *. X -«" O" 0\ О —Г 3 f -ч *. °°. 3 S «ч -i «ч ^ °°.

— m o i v o i o o ' vo TJ- Ч °.» S- ^- -- 4 oo g.. Я « oo «я s * 2 д ^§ 15 o- ^ - о g cs "l Ч оч см Ч ЧN - - Ч Ч °Я SJ «•? § о 9 о о о '' s X vo oo °i Ч Ч - -. °\ m g « - °l vo - Ч - oo.

- N 2 g 2 5 2 - 2 N" § о i xxxxx^ xxx xxxx^xxx •* -^ ra oo — Ч csint~ с ч ю э т * -1,5-ficovi ~ Д висимо от возраста отвалов, рекультивационных мероприятий и зонального положения, содержание Сг, Мп, V, Ag, Sr, Be, Zr, Y превышает их содержание в территориально близких почвах, особенно Cr, Sr и Zr (более чем в 2 раза). В субстрате золоотва ла Южноуральской ГРЭС ниже по сравнению с окружающими почвами содержание Ti, Cu, Zn, Pb, Sn. Содержание остальных элементов (Ni, Co, Mo, Ba, P) зависит от возраста, рекультиваци онных мероприятий и зонального положения отвалов.

Исследование коэффициентов биологического поглощения (КБП) надземной массой и корнями растений с золоотвала поз волило выделить 2 группы ТМ: сильнонакопляемые (КБП — 10—1) — Ni, Mn, P, Zn, Pb, Ag, Mo, Ba, Sr;

слабонакопляемые (КБП — 1—0,1) — Co, Sr, V, Ti, Be, Zr, Ga, Y (табл. 3.34). На об щем фоне достаточно сходных по содержанию ТМ золоотвалов выявлено влияние видоспецифичности формирующихся фито ценозов. В частности, Си на золоотвале в лесостепной зоне отно сится к сильно-, а в таежной — к слабонакопляемым элементам, a Sn имеет противоположную тенденцию. В надземной массе растений с золоотвала Южноуральской ГРЭС по КБП ( 10) Мо относится к группе энергичнонакопляемых элементов. Боль шинство изученных элементов накапливаются преимуществен но в корнях, исключение составляют Р, Мо, а на золоотвале Верхнетагильской ГРЭС еще и Mn, Ag, Ba. Исследование пока зало, что задача предотвращения поступления ТМ в растения может быть решена как применением агротехнических приемов, окультуривания золоотвалов (нанесение почвы, грунта, внесе ние органических и минеральных удобрений), так и подбором культур (разные виды многолетних трав). В связи с видоспеци фичностью поглощения ТМ и разной интенсивностью накопле ния их в различных органах необходимо следить, чтобы в ис пользуемой части растения не концентрировались токсические количества ТМ.

Влияние субстрата и зонально-климатических условий на на копление ТМ в различных органах, в частности в надземной мас се и корнях, иллюстрируют ряды их биогенной концентрации (табл. 3.35).

Большинство из обнаруженных 19 микроэлементов накапли ваются главным образом в корнях. Для растений с золоотвалов обеих ГРЭС это — Ni, Co, Cr, V, Ti, Cu, Zn, Pb, Sn, Be, Zr, Ga, Y.

В надземной массе у растений с золоотвалов обеих ГРЭС боль ше накапливаются Р и Мо, a Sr примерно в равных количествах Р о.

, Л.У z" N *":

^ Я l со от Сн Рч CU 4 4S iz 2 cj сз ев со о о IH rf ез" иГ i_r 1-Г С t-T со" д « о" о" о" о" о" -- цТ ^ D9 Я CQ S S U NUUU S б sP Я Я il Д со и « о" о" и m и ии со И N ее i х о s s н * I i I I 1а 'естообитат X EJ я я S S о а Ряды биогенной к субстрат | СО S юлы Южноуральской ГРЭС 5s I л л ed л CU ц i о s л ев i S ;

!

л л • Ni Sr Cu V Ba Zr Be :

б Ti Sn Pb = Zn Ag л^ « л л 0.

О Q зола + поч S • Ag Ni Cu Sr Zr V Ga : Be Ti Pb Co Y к м ё ЮО s Л II лл фЫЙ" ЗОЛО' CO Sr Cu = Ag Zr Zn Ba Ga :o = Be Mn Y Sn (D CUCu 2 t." P n s S го сЗ лл лЛ Aл tt 0о zZ Zr Zn Ga Cu Sr Co Ag Be Ti Mn Sn = Y ZК I'l Ж О л Л,, к л CU я jj Ii о S *X « я л я._ s и E^ о* к. СХ t Mn = Zn Cu Ni Ba Pb Zr V Co Y Ag Be са л л л s о s о.

о лЛЛллл дЛЛАлл ЛАл 09 H а.

ллл ллл б со с Q С Ло а.

Zn Mn Sr Ni Cu Zr Ga б«й б Ba Co Ti Y Be о :ал Верхнетагильской ГРЭС X CO M Q R ев i л л л i + грунт И б Sn Zn Mn Ni Ba Sr Pb Be Ga Co Ti V а. CU Ло л л л СЛ лл лл • бQ Sn Pb Ag Ni Mn Cu B: Zr Ga Be Cr Ti со к я я л S л Ag Mn Zn Sr Pb Ni Ba Be Cr Ga V Ti лллл A лл лл N 5 ffl Sn Ba Pb Ag Mn Sr Ni Си Zr Ga Ti Cr g л л л лл со X cj со IS s л л л о Й CO fli л R о о о CU а, си § а лл л л 2 "S.

Й i с примесь ллл 5б Z 0А • Ba Ag Sn Pb Sr Zn Be • ^ б Си Ga Cr Y Ti Cu л л л X ^ Жу;

ояо s0sis л л л я Й s л л z л о л Р & S. д 5, S 0.

( Pb Sn Sr Mn = Ag Ba Zr б с корнями. Разница наблюдается по накоплению Mn, Ag, Ba, ко торые в растениях с золоотвала ВТГРЭС больше накапливают ся в надземной массе, а с золоотвала ЮУГРЭС — в корнях.

Зольность растительных проб является одним из общих по казателей, отражающих процесс минерального питания расте ний и косвенно особенности поглощения и накопления ТМ. По содержанию золы в органах все растения делятся на три группы (табл. 3.36): I — выше зольность корней, II — надземной массы, III — примерно в равных количествах (разница в пределах 0,5 %).

Обращает на себя внимание, что для большинства из приведен ных в табл. 3.36 видов зольность на золоотвалах ЮУГРЭС в бо лее засушливых условиях выше, чем на золоотвале ВТГРЭС, у видов изменяется соотношение содержания золы в надземной массе и корнях. В табл. 3.36 приведены данные по некоторым ви дам, представленным на всех местообитаниях на золоотвалах ЮУГРЭС и на всех или части местообитаний золоотвала ВТГРЭС.

Реакция растений на избыток (или недостаток) ТМ в среде проявляется двояко. Определенная группа растений, неадапти рованная к непривычным концентрациям химических элемен тов, через включение их в метаболизм реагирует первоначально на физиологическом уровне с последующими морфологически ми изменениями. Это приводит к эндемическим заболеваниям, угнетению роста и развития с нарушением генеративной функ ции и к последующей элиминации этих видов. Растения, в разной степени адаптирующиеся к изменению концентрации химичес ких элементов, в качестве защитной реакции концентрируют из быточные химические элементы, образуя физиологические формы с дальнейшей микроэволюцей в сторону техногенного эдафического эндемизма (Ковальский, Петрунина, 1964;

Горча ковский, 1979). Адаптация растений, не способных к концентра ции избыточных химических элементов, может идти в направле нии повышения устойчивости к химизму эдафической среды нео экотопов, что ведет к повышению уровня морфологической из менчивости. Микроэволюция растений, оказавшихся способны ми к адаптации к изменившимся химическим условиям, направ лена в сторону видообразовательного процесса.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.