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 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

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

-- [ Страница 4 ] --

Есть основания предполагать в условиях техногенных ланд шафтов ускорение и обострение микроэволюционных процес сов за счет активной миграции растений в новые экотопы, дли тельного отсутствия режима замкнутости сообществ и др., т. е.

Т а б л и ц а 3. Зольность растений с золоотвалов Южноуральской и Верхнетагильской ГРЭС, % Золоотвалы Золоотвал ВТГРЭС ЮУГРЭС № Вид Биомасса п/п min max Хср. min max Хср.

1 Artemisia absinthium 14,4 13,2 8, Надземная масса 12,4 10, 12, 11,9 11,4 4, Корни 10,8 7,4 5, 2 A. dracunculus Надземная масса 8,7 — — — 7,7 9, Корни 14,1 10,7 — 5,8 — — 10,0 8,2 — 3 Barbarea vulgaris Надземная масса 6,9 — — Корни 11,5 7,8 — — — 4, 10, 4 Berteroa incana Надземная масса 16,7 12,6 8, 9,7 9, Корни 9,3 8,1 5,4 5, 7,0 6, 5 Bromopsis inermis Надземная масса 10,8 8,9 8,4 16,2 12, 7, Корни 30,1 22,1 12,7 18,5 15, 16, 7, 6 Calamagrostis epigeios Надземная масса 8,6 6,3 8, — — Корни 23,7 20,2 7,5 13,7 10, 16, 7 Chamaenerion angustifoliun Надземная масса — 7,5 6,0 10,4 8, — Корни — — 10,1 8,7 10,7 9, Надземная масса 24,5 21,4 12,7 15,3 14, 8 Chenopodium album 18, Корни 13,0 9,8 7,0 11, 6,5 9, — — 13,1 5, Надземная масса 6, 9 Cirsium setosum 7, Корни — 7,3 8,2 8, 8, — 11,5 10,7 — — 10 Convolvulus arvensis Надземная масса 9,9 6, Корни 13,9 9,8 — 6, 4,3 — 11 Cynoglossum officinale Надземная масса 17,6 15,6 — — — 14, 14,0 10,5 — Корни 6,7 — — Надземная масса 24,7 22,9 — — — 12 Echium vulgare 20, 12,7 11,3 — Корни 9,6 — — Надземная масса 7,7 — 13 Elytrigia repens 6,0 9,8 — — 10,3 22,3 14,9 — — — Корни 10,1 9,9 7, 14 Erysimum cheiranthoides Надземная масса 9,7 8,4 8, 7,6 7,2 3,1 6,5 4, Корни 6, 8,4 7,8 — Надземная масса 6, 15 Euphorbia waldsteinii 7,0 — 9,0 8,2 — 3, Корни 7,0 — 16 Lactuca tatarica Надземная масса 17,4 16,2 — — — 14, 13,4 12,4 — Корни — — 11, Надземная масса 13,8 12,8 13,6 18,7 16, 17 Lappula squarrosa 11, 10,0 9, Корни 10,8 24,1 16,6 8, 18 Linaria vulgaris Надземная масса 4,8 7,5 6,2 — 7, — 6, Корни 9,4 8,5 — 7,7 — О к о н ч а н и е табл. 3. Золоотвалы Золоотвал ВТГРЭС ЮУГРЭС № Биомасса Вид п/п min Хср. max max min Хср.

19 Medicago lupulina Надземная масса 13,0 14,7 13,9 8,7 8, 8, Корни 8,9 15,2 12,1 6, 5,8 6, 20 Melilotus officinalis Надземная масса — 8, — 10,0 11,7 10, Корни 13,2 8,7 6, — — 5, Надземная масса 9, 21 Picris hieracioides — — 11,6 10,3 9, Корни 23,6 26, 29,1 — — 7, 22 Potentilla impolita Надземная масса 8,4 8, 8,6 6, — — Корни 4,3 — — 4, 9,1 6, Надземная масса — 23 Sonchus arvensis — — 16,0 19,7 17, Корни — — — 9,2 10,0 9, 24 Taraxacum officinale Надземная масса 20,3 19, 21,6 21,0 14,8 16, Корни 8,8 11,3 10,0 4,3 9,9 7, 25 Trifolium media Надземная масса — — — 10,2 8, 7, Корни 9, 6,0 7, — — — 26 Tussilago farfara Надземная масса — 24,4 19, 18, — 19, Корни 20,2 15,2 12, 9, — — можно с полным правом говорить о проявлении признаков фло рогенеза и филоценогенеза (Миркин, 1985).

По сути дела, при биологической рекультивации и естественном восстановлении растительного покрова на нарушенных промышленностью зем лях в процессе самозарастания включается механизм мутагенеза с вовлечением в пищевые цепи химических элементов пород древних геологических слоев (например, в Коркинском уголь ном разрезе — третичного возраста) или из субстратов, не име ющих аналогов в природе, как на изученных золоотвалах.

Биорекультивационные мероприятия способствуют повыше нию биологического разнообразия как за счет конструирования экотопа, так и за счет искусственного регулирования видового состава соообществ. Возможно управление катастрофическими сукцессиями путем введения в свободный от конкурентов экотоп хозяйственно ценных, а также редких и исчезающих видов рас тений, которые могут удерживаться в сообществе благодаря его видовой неполночленности (ненасыщенности). Наблюдается ус корение сукцессии за счет одноразовых посевов или посадок спе циально подобранного ассортимента, что подтверждается испы таниями широкого ассортимента многолетних трав, деревьев и кустарников в различных зонально-климатических и экологиче ских (прежде всего эдафических) условиях.

Биологическая рекультивация способствует восстановлению (а иногда и обогащению) гено- и ценофонда растительных сооб ществ в биоценозах на нарушенных промышленностью землях.

Однако необходимо очень строго следить за качеством продук ции, получаемой с этих земель, особенно при скармливании ее сельскохозяйственным животным.

3.2.8. Восстановление фиторазнообразия на золоотвалах На нарушенных промышленностью землях, к которым отно сятся золоотвалы тепловых электростанций, на субстратах, не имеющих аналогов в природе, фитоценозы начинают формиро ваться с нулевого стартмомента. Формирование растительных сообществ идет по типу первичных сукцессии (Шенников, 1964), поскольку зольный субстрат не содержит диаспор растений, он практически стерильный. Фитоценозы золоотвалов, сформиро вавшиеся в процессе самозарастания, — результат сложного вза имодействия зонально-климатических и конкретных экологиче ских условий: чем они благоприятнее, тем ближе к зональному типу формирующиеся фитоценозы. Флористический состав их в значительной степени определяется эдафическими условиями.

В целом в фитоценозах техногенных ландшафтов без искус ственного улучшения экологических условий наблюдается сни жение видового разнообразия, замена стенотопных видов эври топными. Формирующиеся сообщества довольно однотипны, уменьшается фитоценотическое разнообразие растительного покрова регионов с интенсивными техногенными нарушениями (Чибрик, Елькин, 1991).

При общей зональной направленности этого процесса свое образие формирующихся сообществ, преобладающее на первых этапах, определяется конкретными экологическими условиями.

На золоотвалах как Верхнетагильской, так и Южноуральской ГРЭС в течение длительного периода (25—35 лет) прослежены процесс формирования фитоценозов при самозарастании и трансформация созданных при биологической рекультивации, так как за ними дальнейший уход чаще всего не осуществляется.

Биоэкологическая характеристика видов дана по литератур ным данным (Борисова, Исаченко и др., 1961;

Быков, 1960,1962, 1965;

Горышина, 1979;

Злобин, 1985;

Куминова, 1960;

Левина, 1957;

Мартыненко, 1989;

Миркин, Наумова, Соломещ, 2000;

Ни китин, 1985;

Раменский, Цаценкин, Чижиков и др., 1956;

Сереб ряков, 1964;

Тахтаджан, 1978;

Толмачев, 1970, 1974;

Туганаев, Пузырев, 1988;

Флора СССР, 1934—1964;

Цвел ев, 1974, 1976;

Юрцев, 1968, 1982;

Юрцев, Камелин, 1991;

Юрцев, Семкин, 1980;

Ellenberg, Weber, Dull и др., 1991) и с учетом собственных много летних наблюдений.

На золоотвале ВТГРЭС к 1976 г. (через 8 лет после оконча ния эксплуатации) фиторазнообразие возросло до 65 видов выс ших сосудистых растений, вместо 2 — в 1968 г. В биоэкологиче ской структуре парциальной флоры золоотвала (Юрцев, Семкин, 1980) преобладающими группами были многолетники (64,6 %), ме зофиты (69,2 %), анемохоры (47,6 %), сорно-рудеральные (32,4 %) и луговые (27,6 %) (табл. 3.37). Преобладающими жизненными формами по Раункиеру были гемикриптофиты (63,1 %) и теро фиты (21,5 %), которые составили 84,6 % от общего числа видов.

Флора отвала сформировалась за счет бореальных (64,6 %) и по лизональных (26,2 %) видов, в долготной группе преобладающи ми были евразиатские (41,5 %) и циркумполярные (32,3 %) виды.

Анализ структуры биоморф показал, что малолетние травы со ставляют 29,2 % всех видов, многолетние травы — 64,6 %, кус тарники и кустарнички — 4,6 %.

В последующие годы шло постоянное увеличение фитораз нообразия флоры золоотвала, которое за 24 года (1976—2000) возросло в 2,6 раза (до 170 видов). Анализ видового состава по отношению к влаге показал, что наблюдается численное увели чение практически всех выделенных групп видов, но процентная структура флоры остается близкой к исходной: преобладают ме зофиты (65,5—65,9 %), четко выделяются почти равновесные группы более ксерофитных видов (16,4—18,3 %) и влажных ме стообитаний (10,8—15,8 %). С учетом продолжительности жизни фиторазнообразие флоры золоотвала обогащается за счет мно голетников, число которых за 24 года возросло в 3,2 раза, а доля увеличилась с 64,6 до 79,4 %. Важную роль при внедрении видов в растительные сообщества играет способ распространения пло дов и семян. Первоначально золоотвал представляет собой от крытое пространство, где в численном и процентном отношении преобладают анемохоры (31 вид — 47,6 %). В последующие го ды, по мере увеличения фиторазнообразия, происходило обога щение видами всех групп растений, но наиболее интенсивно группы зоохоров (число видов этой группы в 2000 г. по сравне нию с 1976 г. возросло в 3,5 раза, возросла их доля с 15,4 до 20,6 %). Несмотря на то, что золоотвал находится в таежной зо не, флора его через 8 лет после окончания эксплуатации была представлена сорно-рудеральной (32,4 %), лугово-сорной (15,4 %) и луговой (27,6 %) группами. Лесные виды составили лишь 6,2 % (4 вида), а к 2000 г. число их возросло до 36, а доля — до 21,2 %. Вместе с лугово-лесными (опушечными) видами они составили преобладающую группу (56 видов — 33 %), на втором месте группа луговых видов (46—27,1 %). Суммарно группа сор но-рудеральных и лугово-сорных видов ослабила свои позиции, составив лишь 26,4 % от общего числа видов. За 24 года во фло ре золоотвала существенно обогатился спектр жизненных форм (по Раункиеру): наблюдался абсолютный и относительный рост гемикриптофитов и фанерофитов (табл. 3.37). Анализ структу ры биоморф также показывает увеличение древесных видов (от 3 видов в 1976 г. до 26 — в 2000 г.), значительное увеличение многолетних травянистых видов (от 42 — в 1976 г. до 113 — в 2000 г.), среди которых возросла доля короткокорневищных и дерновинных многолетних трав.

При анализе динамики парциальной флоры по географиче ким элементам прослеживается по широтным группам тенден ция абсолютного и относительного усиления бореальной группы (121 вид — 71,2 % вместо 42 видов — 64,6 %), а из долготных — евразиатской.

На фоне проявления общих закономерностей динамики фи торазнообразия и структуры флоры золоотвала несколько вы ходят из этих границ результаты 1994 г. С этим периодом связа но проведение "вторичной" рекультивации на значительной пло щади (около 40 га), проявившейся в уничтожении лесных фито ценозов (раскорчевке), возникших в процессе самозарастания на полосах грунта и золы, легком разравнивании, нанесении допол нительного покрытия и посеве смеси многолетних трав с преоб ладанием костреца безостого. За 5 лет (1989—1994) наблюда лось резкое возрастание числа видов со 117 до 177 за счет внед рения на нарушенную территорию преимущественно малолет ников сорно-рудеральной и лугово-сорной групп, что привело к некоторому изменению структуры флоры золоотвала.

Для золоотвалов Южноуральской ГРЭС характерны более жесткие экологические условия, связанные с недостатком влаги и повышенной инсоляцией открытых пространств золоотвалов.

Динамика фиторазнообразия и биоэкологической структуры на этих золоотвал ах прослежена в течение 19 лет на примере пар °\ —i см ю vo —' Ч сп — г- in Ч ~г °Х Ч ЧM с ^ см И 2-H о" г-" 2 S -* °о" "" -л" г-" *•- со" »

^ C ff IS s a s s c- Ч -ая S-2- envois VO "II ce VO CM VO "Т. 00 Ю 00 0 СП CM О "Т. ^ tO. С ГП г !2 vo" oo" см" о\ t vo" •*" р ^ ^ pj Hrt о" vo" ov" ^ I — —" 4^ i' ^ 1 2 с"м ю ^rt v o« o. -^j ^ o c—i Д (--"fro-icM^f т ^2S;

rtrt " Тв 11 rt B о X 0°. ю эт мvo -H о oo t- m. °°. "1 °°. m, vi c 0\ r- °°. oo •* ^ cs 2 2 M °" p~ 2 !8 " " " io" vo" vo" — § Оч « i ~ §0 p ;

o o - * o •2v o r - o o c M S л « ^ S g j 2 c -ov^ i ;

a;

Ти ov см Ч °T. — CM [^ ^ 4 oo CM in «*! 2 °5. " "T. oo г !g Г-" vo" of С S 00" vo" to" Й S S ^ 2M"00 С 0 VO- л 3 ев -R, Q S §• гц^ 1 vo 0 volcOUOCMO "1! | r~ ^ ^ _ r- * ^ ^N N rt «.

ff ^ t- t- - "^ CM vo I | « П. t- - Ч §. Ч f4 Ч °o.

.

-- t-т t-" со" ov чо" м-" 1 /§ Й 2 t-" со" 3 S 5: ^ 2 "*^ CO Q I! 1 л ° t: vo Ю В " ТII а s § u со В с с 3 S„ 23 g g sStS gg g &•& ~ Т5-в"9« U2, Sg 1, il-etll&i g|i§| i». „I Illlflif 1|1?1 ЦгИ 8^o§^s4Js ««n^ra^S *иоя& WSWuSCSu OOttttS -cow г— г- см, см -.

^- « rt- 2 -" К • a sи-а оi я 5?

$ ся О Ч 00 °. Ч Ч —"о *\ _Г Щ iVO г-* О VO "^ 1-4 -о •"* И я оо_ оо_ о. ^.

о\ — 40 —i.-г оо in смm с Я S S = -о -о е ' vo оо vo о S со о ' in « ем а во •*" о •*" § см »-н и • §о § _, | 5 CM II CM —iCM t 5 — I vo см 5Г и о §•" S Ч Ч «„ f см in Я 2 И И » -r s яа i 0i 1I э- а ев ю •г.

и аа я3 СО 3 О В!

аз с ИЗ IS. X1 Л Ей ь-в- S* О8оS о. о f- « II I W ЧUД г чо, •*_ • см оО П "1 *..ч 0 ""1 см rf ос) ON -н СМ См ^ ^ * СМ 2 оо см- ю оо CM Ч" OS ~* -i СО* о 1—( ON СО 00 i2 ем сп 2 2 см см Я г-5? U 2 * с ю см СМ ЧО VI г*Л ° ON • оо ^ ЧО ON ^^ см г-1 ON rt. •ч О г- г"ч. * см см ЧО CM • ON ~ сsf со" 2 -ч ON CO СМ !— «О ON ч с см * г^ Г СМ г..

О со S СМ *•-: t- ем о ем - 5 ? ^J NO WO CN со го • оо * ^^ СМ 40 "О ON С Ч i-H ®Чч ^ -H чс ON NO 1C- °т. ^ 2 ю" CM ON оо" г CM -t оо" о" сэ in 2 in" f^ о" г-~ ЧО 00 2 - -. ю 2 S " •* J2 чо со Г- ON СМ 1О *§я « b СМ § 0 см СО 00 Ч V -, ч F^ ^d" ON oo см о rt t г чо" оо" м СМ О»

S.CM1 и 00 -н 2 f т 5м ON • О *ч * vn л - S У го а.

г—« •е S Г- ON ад сосо ЧО ЧО см ^ Ю -н CM 2 см 2 •* *Я ч t^ а. в" s с tv ч со, «т. ^»

о 00 00 "йн ^ П;

Ч t ч •— л ^ »о -0 SS о" о" ft, ;

" со *-«" X 2 22" и5 ^ ш Ю а ЧО 0.

С) а t- t- щ о. о см ем СМ -н ем 22^1- —' к "о Ы ч о U f о о Б * Расчеты % произведены от Плюрирегиональные (коси Циркумполярные (голаркт aol/иа оахээынгоя эзптдо короткокорневищные длиннокорневищные клубнеобразующие Многолетние травы:

наземно-ползучие стержнекорневые Малолетние травы дерновинные Евросибирские кустарнички кустарники Евразиатские Европейские Древесные:

Азиатские деревья циальных флор двух одновозрастных золоотвалов (табл. 3.38):

"старого" рекультивированного с покрытием почвой и посевом многолетних трав и золоотвала "под дамбой", где флора форми ровалась на золе без покрытия. В первом случае формирование флоры шло в результате трансформации 14-летних культурфи тоценозов, уход за которыми к 1980 г. в течение последних лет не проводился, во втором случае — в процессе самозараста ния. На обоих золоотвалах за 19 лет снизилось видовое разнооб разие флор с 87 до 50 и с 60 до 37 соответственно на золе с по крытием и на "чистой" золе, хотя причины, на наш взгляд, раз личны: на рекультивированном золоотвале в результате дегра дации фитоценозов, на "чистой" золе — жесткого экотопическо го отбора и разрастания корневищных злаков, таких как вейник наземный, мятлик луговой и пырей ползучий.

Четкой направленности в динамике фиторазнообразия и био экологической структуры парциальных флор не прослеживает ся. Полученные результаты позволяют дать лишь общую харак теристику флор золоотвалов. Так, во все годы наблюдений как на "чистой" золе, так и на золе с почвенным покрытием преоб ладают количественно и в процентном отношении многолетни ки. На "чистой" золе при снижении их числа с 32—35 до 23 доля их закономерно возрастает с 53,4 до 62,2 %. По способу диссеми нации из всех групп численно и в процентном отношении первен ствуют анемохоры, на "чистой" золе проявляется тенденция не которого роста доли зоохоров. Анализ структуры флор по жиз ненным формам показывает на общем фоне снижения фитораз нообразия преобладание гемикриптофитов (в разные годы от 54,1 до 66,1 %). После некоторого уменьшения числа и доли те рофитов к 1989 г. повышение этих показателей к 1999 г., веро ятно, свидетельствует о деградации сформировавшихся к 1989 г.

растительных сообществ. При общем уменьшении количества видов структура экоморф на "старом" золоотвале с увеличением возраста меняется незначительно (табл. 3.38). На "чистой" золе происходит увеличение доли стержнекорневых многолетних трав за счет уменьшения доли длиннокорневищных травянистых многолетников. Так же, как и во флоре золоотвала ВТГРЭС, преобладают стержнекорневые (26,0—24,4 %) и короткокорне вищные виды (24,0—24,4 %), а доля малолетних трав составляет 38,0—32,4 %.

Среди ценотических групп преобладает группа сорно-руде ральных видов, которая вместе с лугово-сорными видами состав • °V ~ • Ч * * Ч «Ч °- °°. оо от" « ооот"g ^ - R 2 N 23 a се SJ s Ю я о оо.. 0. 0 2, • N * H с гяз и И 2 *" от оо т tri ^t я. -г ч "I о t-r д 2 м- -* i p-_ -i t-., « p. П cs ^, g Ч Ч -1 П i vo •s Ч :о от * ifc У -Vg f ё о с;

1 ЁVО 8-o.B - «°* of i, 8 §•!& %% 00 о, _ Г- Г- — U т Ч ю cd °°.. ° °;

- Р. р.

..

О о «Ч. Ч.

IS (S " go ж о oo чо ^ — ч о о Ч °°. «Т. "Т. оо &, СП СО Г-- О _Г СП VO •—' ^* • _Г о cs 2 ел —i чо г-. — - «г °°. vo i "г -.. vo * ~. г- "*. s \о, ^' р;

2 ^ ~" I и S -" 8- vg «т 2! эт -" и!

а f^. ^ ° р- Р- ° *Ч i к Ч. чо ° о i й ° ^ ^ со г..., v o ^ ^ o ^ ^ o o o I з С Г | 4о" | / 1 гГ I "• сп 1-й «г _:г 00 г-н ПЛ±! ^±_ |_^—^ |.

±, •* { -H • CS VO * CO —i -H s s *' а S о.

О "-I -^f I СО rt л Ц CxSw o«ra нхе ^ ^j. •. f- с ю Ч г- • 00. СМ_ * * г- г~ CN ГО О 1 VO i ю" CS CN Я N 2 -г i— 1—4 ГО р~ CN 1—1 ^Н VI 2 --i CN Tf VO о\ о, ^" '—' 0 о_ о. 0 0 0. 5- с- Tt" 0" оо" 0§ vo" CN" cs CN" 10 ГО о ю а VI 10 со 2 ГО -Ч - CN -- r- 2 2 1— CN rt _ оо Ч VO VO «ro. го 00 Ч CN ОО V) 1—4 *— 12 9 "1 ГО 2 CN 2 "•" 22 е го л СО оо со ON JQ CN N 00 rt 8 - т Г-- °. оо чо см -1 Ч * "Т. Ч Ч.оо VO р г- Оч ^н -^' o\ in чГ ~* с^"S 2 n JO ^1 § VO я g v o ^ СО —1 CN 2 * *CM b Г^ СО - ~ 4 ^ г- 0 П о ^ го го о. Ч •U (~t (Ч vn *о _| "^ ~ VO 1 " fff (N S" • * •* — rt ^ jjj m з 0 2 00 ГО # O\ 00 CM о 2 и f ) N ч « ^ Q ЕГ л со О\ СМ СО CN rt ^ "V. 10 f~ CN °l "~i "S °i CU ^ ^ ГО" "О -н" 2 iS о Г-- X CN С\ СО ^н # ro f^ * S 0,5rr1/~1~H22tQco $ CN са "S s § ч S.

о 0 в § о 'о Циркумполярные (голарк Плюрирегиональные (кос Общее количество видов # короткокорневищные * длиннокорневищные * ш Многолетние травы:

стержнекорневые наземно-ползучие о полукустарнички Малолетние травы дерновинные Евросибирские кустарники Евразиатские Европейские древесные:

Сибирские Азиатские * ляет на золе с покрытием и на "чистой" золе соответственно 47,1 и 48,4 % в 1980 г., 51,6 и 50,9 % — в 1989 г., 48,0 и 43,1 % — в 1999 г.

Число (от 6 до 14) и доля (16,1—22,0 %) луговых видов незначи тельны. Несколько выше в разные годы значимость степных (от 7 до 18 и от 12,3 до 20,7 %) и лесостепных видов.

Анализ динамики экоморф дает представление о ксерофити зации флор золоотвалов Южноуральской ГРЭС. Так, на "ста ром" золоотвале на золе с почвенным покрытием численность мезофитов за 19 лет снизилась с 34 до 21 вида, но в связи с суще ственным (в 1,6 раза) уменьшением общего числа видов доля их несколько возросла (на 2,9 %). На "чистой" золе число мезофит ных видов и их доля существенно снизились (соответсвенно с до 11 и с 46,7 до 29,8 %). Одновременно прослеживается некото рая тенденция снижения суммарной доли более ксерофитных групп (ксеромезофиты + мезоксерофиты + ксерофиты) на золе с почвенным покрытием (59,7 —» 61,3 — 58,0 %, соответственно, в 1980 — 1989 — 1999 гг.), что вызвано общим снижением числа видов, и четкое увеличение этой доли на "чистой" золе (с 51,6 % в 1980 г. до 70,2 % в 1999 г.). Таким образом, можно предпола гать, что процесс ксерофитизации флоры на золоотвале без поч венного покрытия идет интенсивнее.

С учетом географического элемента (по происхождению) из широтных групп несколько преобладает полизональная и доста точно сходно представлены бореальная и лесостепная, степные виды немногочисленны и составляют в разные годы (см. табл.

3.38) от 8 до 17,7 %, из долготных групп преобладает евразиат ская, хотя число и доля видов этой группы значительно ниже, чем во флоре золоотвала ВТГРЭС, значительно участие видов плюрирегиональной и европейской групп.

Таким образом, в формировании парциальных флор золоот валов проявляется зональность. На золоотвале Верхнетагиль ской ГРЭС в условиях достаточного увлажнения фиторазнооб разие флоры значительно выше и его нарастание продолжается.

Незначительное уменьшение на 7 видов с 1994 по 2000 гг., на наш взгляд, носит случайный характер. На золоотвале Южно уральской ГРЭС к настоящему времени наблюдается деградация сформировавшихся фитоценозов на рекультивированном золо отвале вследствие интенсивной рекреации и выпаса домашних животных и обеднение парциальных флор. В целом на золоотва ле Верхнетагильской ГРЭС (подзона южной тайги) за 25 лет прослеживается процесс сильватизации, а на золоотвалах Юж ноуральской ГРЭС — ксерофитизации флор (более интенсив ный на "чистой" золе).

Систематическая структура флоры обусловлена соотноше нием между численностью родов и семейств. Учет данных о ко личестве видов 10—15 семейств, занимающих в каждой изучен ной флоре наиболее видное положение, дает представление о ее систематической структуре (Толмачев, 1974). При сравнении конкретных флор представляют интерес также показатели, от ражающие соотношения между численностью видов и родов, свойственных каждой флоре.

Изучение парциальной флоры золоотвала Верхнетагильской ГРЭС (таежная зона) через 10 лет после проведения биологиче ской рекультивации (1980) показало, что в формирующихся рас тительных сообществах золоотвала произрастало 113 видов высших сосудистых растений, относящихся к 95 родам и 27 се мействам. Характеристика ведущих семейств представлена в табл. 3.39.

Деревья и кустарники представлены 13 видами (11,5 % от об щего количества видов), относятся к 9 родам и 5 семействам. Ве дущее положение среди древесных по числу видов занимает се мейство Salicaceae (5 видов), далее следует Betulaceae (3 вида), за тем Rosaceae и Fabaceae (по 2 вида) и на последнем месте семей ство Pinaceae, представленное одним видом.

Среди ведущих семейств золоотвала первое место занимает Asteraceae (22 вида), второе — Роасеае (14 видов), далее по поряд ку следуют Fabaceae и Rosaceae (по 10 видов), Brassicaceae (8 ви дов), Caryophyllaceae (6 видов), Scrophulariaceae, Polygonaceae, Salicaceae (no 5 видов), Apiaceae (4 вида). Двенадцать ведущих се мейств включают 94 вида, что составляет 83,2 % от общего ко личества видов.

Изучение растительных сообществ, формирующихся на зо лоотвале ВТГРЭС, через 20 лет (2000) показало, что видовое бо гатство значительно увеличилось. Всего было выявлено 170 ви дов высших сосудистых растений, относящихся к 118 родам и семействам. За 20 лет полностью исчезли представители се мейств Chenopodiaceae, Primulaceae, Dipsacaceae, Convolvulaceae, появились представители семейств Ophioglossaceae, Pyrolaceae, Vacciniaceae, Geraniaceae, Elaeagnaceae, Caprifoliaceae, Polemo niaceae, Campanulaceae, Orphidaceae, Cyperaceae.

За 20 лет значительно увеличилось количество древесных видов (с 13 до 25), что составляет 14,7 % от общего количества Таблица 3. Структура ведущих семейств парциальных флор золоотвалов Верхнетагильской и Южноуральской ГРЭС, по годам Золоотвал ВТГРЭС № Семейство 1980 п/п кол-во кол-во %от кол-во кол-во %от родов видов общего родов видов общего 1 Asteraceae 19,5 18 20 22 13, 2 Роасеае 14 12,4 13 13, 3 Fabaceae 10 8,8 9 18 10, 4 Rosaceae 7 10 8,8 17 10, 4,4 5 Salicaceae 2 5 10 5, 6 Caryophyllaceae 7 9 5, 6 6 5, 7 Scrophulariaceae 5 4,4 6 5 4, Brassicaceae 7,0 6 3, 8 8 9 Apiaceae 4 4 6 6 3, 3, 10 Lamiaceae 1 1 0,9 5 2, 11 Pinaceae 1 1 0,9 5 2, 4,4 12 Polygonaceae 3 5 3 2, Boraginaceae 2,7 3 13 3 3 1, Chenopodiaceae 14 2 2 — — — 1, Золоотвал ЮУГРЭС № Семейство 1980 п/п кол-во кол-во %от кол-во кол-во %от общего родов видов видов общего родов 26, 1 Asteraceae 14 26 28,3 9 2 Poaceae 9,8 6 6 10, Fabaceae 12 13,0 6 10 16, 3 4 Rosaceae 1 6,5 3 3 5, — — — — — — 5 Salicaceae 1 Caryophyllaceae 8, 6 4 8 1, 7 Scrophulariaceae 1 2 2 3, 3 3, Brassicaceae 8 4 4 4,3 3 3 5, Apiaceae 2,2 — — — 2 1 1 2 3, Lamiaceae 10 1, — — — — — — 11 Pinaceae 2,2 1 2 12 Polygonaceae 1, 4 4,3 4 6, Boraginaceae Chenopodiaceae 4 6,5 2 3, 14 видов. Ведущую роль среди древесных занимает семейство Salicaceae, представленное 10 видами, далее следуют Pinaceae ( видов), Rosaceae (4 вида), Betulaceae (3 вида), Fabaceae, Elaeagnaceae, Caprifoliaceae (no 1 виду).

Анализ систематической структуры флоры золоотвала пока зал, что через 20 лет произошли некоторые изменения в соотно шении ведущих семейств высших сосудистых растений. Семейст во Роасеае увеличилось на 9 видов и заняло первое место вместе с Asteraceae (по 23 вида). На втором месте Fabaceae (18 видов), Rosaceae (17 видов). Кроме этого, в состав ядра флоры золоотва ла входят семейства Salicaceae, Caryophyllaceae, Scrophulariaceae, Brassicaceae, Lamiaceae, Pinaceae, Polygonaceae. В состав перечис ленных 12 семейств входят 134 вида, что составляет 78,8 %. Та ким образом, за 20 лет на золоотвале ВТГРЭС произошло зна чительное увеличение видового богатства за счет увеличения общего количества видов почти во всех семействах, повышение роли семейств Роасеае, Rosaceae, Pinaceae, а также появление значительного числа новых семейств, характерных для бореаль ной флоры.

Сравнение флоры золоотвала с естественной флорой Сред него Урала (Горчаковский и др., 1994) показало, что порядок ве дущих семейств в том и другом случае не идентичен. Так, на зо лоотвале ведущую роль играют в равной степени семейства Asteraceae и Роасеае, за ними следует Rosaceae, а в естетественной флоре порядок ведущих семейств следующий: Asteraceae, Rosaceae, Роасеае. В естественной флоре Среднего Урала на чет вертом месте находится семейство Сурегасеае, на золоотвале оно представлено двумя видами и занимает 21-е место в списке се мейств. На золоотвале достаточно высокий ранг (4-е место) за нимает семейство Salicaceae, в естественной флоре оно находит ся на 15-м месте. Такие семейства, как Fabaceae, Caryophyllaceae, Scrophulariaceae, занимают на золоотвале чуть более высокие позиции, чем в естественной флоре.

Для сравнения было проведено изучение флоры золоотвала Южноуральской ГРЭС (лесостепная зона) с интервалом в 19 лет через 15 и 35 лет после проведения биологической рекультива ции. При обследовании золоотвала в 1980 г. в растительных со обществах, формирующихся на золе и на золе с покрытием грун том было выявлено 92 вида, относящихся к 62 родам и 20 семей ствам. Первое место среди ведущих семейств золоотвала ЮУГ РЭС занимает Asteraceae (26 видов), на втором месте Fabaceae ( видов), далее по порядку следуют Роасеае (9 видов), Caryophyllaceae (8 видов), Rosaceae и Chenopodiaceae (по 6 видов), Brassicaceae и Boraginaceae (по 4 вида), Scrophulariaceae (3 вида), Apiaceae и Polygonaceae (по 2 вида). Одиннадцать ведущих се мейств включают 82 вида, что составляет 89,1 %.

Исследования флоры золоотвала ЮУГРЭС, проведенные че рез 19 лет, показали, что на золоотвале произошло значитель ное уменьшение видового разнообразия. Всего в растительных сообществах на "чистой" золе и на золе с покрытием было выяв лено 64 вида, что на 28 видов меньше, чем в 1980 г., количество родов также значительно уменьшилось — с 62 до 53. Количест во семейств осталось примерно таким же, в систематической структуре произошли следующие изменения: исчезли такие се мейства как Apiaceae, Solanaceae, Campanulaceae и появились Rubiaceae, Elaeagnaceae. Несмотря на уменьшение количества ви дов, порядок ведущих семейств за 20 лет не изменился, на 1-, 2- и 3-м месте по прежнему находятся семейства Asteraceae, Fabaceae, Роасеае (16, 10, 6 видов соответственно). Семейство Caryophyllaceae сместилось с 4-го места на 7-е в связи с уменьше нием видов с 8 до 1. Его место в списке теперь занимает семей ство Boraginaceae (4 вида), далее следуют Rosaceae и Brassicaceae (по 3 вида), Scrophulariaceae, Lamiaceae, Chenopodiaceae (no 2 ви да). Одиннадцать ведущих семейств включают 50 видов, что со ставляет 83,3 % общего числа видов. Древесные на золоотвале представлены одним видом — Elaeagnus angustifolia L.

Сравнительный анализ флоры растительных сообществ, формирующихся на одновозрастных золоотвалах, показал, что на золоотвале ВТГРЭС (таежная зона) с возрастом происходит увеличение видового богатства. Это связано с разнообразием экотопов. Так, на "чистой" золе на значительной части золоот вала в результате регулярного скашивания формируются травя нистые разнотравно-злаковые сообщества, на участках золы без скашивания формируются закустаренные разнотравно-злако вые растительные сообщества. На рекультивированной терри тории идет формирование лесных фитоценозов с увеличением разнообразия древесных видов и активным внедрением лесных травянистых видов, характерных для бореальной зоны. На золо отвале ЮУГРЭС (лесостепная зона) при большей однородности эдафических условий видовое богатство значительно меньше.

Здесь на рекультивированной территории формируются полын но-злаковые травянистые сообщества с увеличением обилия злаков, что приводит к увеличению задерненности грунта и, как следствие этого, к уменьшению общего числа видов.

Сравнение данных систематического анализа парциальных флор золоотвалов таежной и лесостепной зоны показало, что ведущеее положение в обеих зонах занимают семейства Asteraceae, Poaceae, Fabaceae. В растительных сообществах золо отвалов 30-летнего возраста в таежной зоне они составляют 37,6, а в лесостепной — 53,3 %. Порядок расположения семейств в разных зонах различается. В таежной зоне первое место зани мают по количеству видов Asteraceae и Роасеае, далее следует Fabaceae;

в лесостепной зоне — Asteraceae, затем следует Fabaceae, а на третьем месте — Роасеае. Далее порядок располо жения семейств следующий: в таежной зоне — Rosaceae, Salicaceae, Caryophyllaceae, Scrophulariaceae, Polygonaceae, Brassicaceae, Apiaceae, Lamiaceae, Pinaceae;

в лесостепной зоне — Boraginaceae, Rosaceae, Brassicaceae, Scrophulariaceae, Lamiaceae, Caryophyllaceae, Polygonaceae.

Изучение систематической структуры растительных сооб ществ, формирующихся на золоотвалах в двух физико-геогра фических зонах, показало, что их развитие идет по пути сближе ния с растительными сообществами зонального типа. На золоот вале в таежной зоне — значительное участие в систематической структуре растительных сообществ таких семейств как Salicaceae, Pinaceae, появление таких семейств как Сурегасеае, Ophioglossaceae, Pyrolaceae, Vacciniaceae, характерных для боре альной зоны. На золоотвале в лесостепной зоне значительное участие в составе растительных сообществ принимают предста вители родов Artemisia (6 видов), Potentilla (3 вида), Astragalus ( вида), Medicago (3 вида), из злаков преобладают Agropyron crista tum, Poa pratensis, все это свидетельствует о сближении с лугово степной растительностью зонального типа.

3.2.9. Роль зонально-климатических условий и рекультивационных мероприятий в формировании фитоценозов Изучение растительности золоотвалов, расположенных в та ежной и лесостепной зонах показало, что условия их экотопов дают возможность реализации процесса зарастания, близкого к зональному типу. Однако первые 10—15 лет после окончания эксплуатации золоотвалов наблюдается задержка в формирова нии растительных сообществ, обусловленная перевеванием суб страта по мере высыхания, гибелью растений на ранних стадиях за счет сильного пересыхания верхнего (0—10 см) слоя субстра та и др.

На золоотвале БТЭЦ за 28 лет сформировалась экосистема болотного типа, выделено и подробно охарактеризовано 10 эко топов, различающихся по экологическим условиям (свойства субстрата, увлажнение) и растительности. По мере уменьшения влажности экотопов наблюдается мезофитизация формирую щихся растительных сообществ и дальнейшая трансформация их в лесные фитоценозы с усилением зональных признаков.

При практической реализации полученных результатов при административно принятом санитарно-гигиеническом направле нии биологической рекультивации (БР) вся территория золоот вала картографически разделена на 2 группы:

• площади, не требующие биологической рекультивации (около 80 га);

• площади, подлежащие биологической рекультивации (при мерно 80 га).

Разработаны рекомендации по БР золоотвала и приняты к внедрению АО "УралТЭП" для использования при составлении проекта, а на БТЭЦ — при практическом проведении БР.

В лесостепной зоне на золоотвале ЮУГРЭС формируются травянистые сообщества лугового и лугово-степного типа с ред кими кустами лоха узколистного. Рекультивационные меропри ятия в виде почвенного покрытия золы и посева многолетних трав ("старый" золоотвал) ускоряют формирование фитоцено зов, и уже с первых лет культурфитоценозы имеют не только са нитарно-гигиеническое, но и хозяйственное значение (сеноко шение, сбор семян эспарцета и др.). Со временем (через 10— лет) наблюдается трансформация культурфитоценозов в разно травно-полынно-злаковые сравнительно устойчивые и долго летние фитоценозы с заменой доминантов (выпадают высеян ные культурные виды — эспарцет, люцерна) на дикорастущие виды, такие как пырей ползучий, при сохранении в качестве до минантов и содоминантов житняка гребенчатого и костреца бе зостого. На "чистой" золе также проявляется тенденция форми рования разнотравно-полынно-злаковых фитоценозов, но с до минированием овсяницы псевдоовечьей, а в качестве содоминан тов вейника наземного, пырея ползучего и мятлика лугового. К 35 годам на "старом" золоотвале проявляется процесс пастбищ ной деградации растительных сообществ, о чем свидетельствует активное внедрение сорно-рудеральных видов. Однако связ ность растительного покрова, проявляющаяся в проективном покрытии, значительно выше на рекультивированной террито рии и составляет 50—90 % вместо 30—60 % на "чистой" золе.

Трансформация культурфитоценозов сопровождается общей ксерофитизацией растительных сообществ.

Сравнение исследованных растительных сообществ на раз ных экотопах показало, что на "чистой" золе сформировались обедненные по видовому составу, разреженные и менее ценные в хозяйственном отношении (менее продуктивные) раститель ные сообщества. На всех экотопах с возрастом сообществ на блюдается увеличение надземной фитомассы и относительного и абсолютного веса подземных органов травянистых растений.

На золоотвале ВТГРЭС формируются лесные фитоценозы с доминированием берез повислой и пушистой, осины и ив (8 ви дов). Рекультивационные мероприятия оказали существенное влияние на этот процесс. Полосное нанесение грунта ускорило в целом зарастание отвала, на грунтовом покрытии сформирова лись лесные фитоценозы со значительной долей участия, а ино гда и с доминированием сосны обыкновенной. В то же время по сев на полосы многолетних трав, их скашивание задерживают формирование древесного яруса. В последние годы (через 25— 30 лет после прекращения эксплуатации) наблюдается интенсив ное вселение сосны, меньше ели и лиственницы, как на полосы с грунтом, так и на межполосные пространства, если отсутствует сильное задернение травянистыми видами. В 2000 г. описаны единичные групповые всходы сосны сибирской (кедра).

Рекультивация золоотвала проводилась от дамбы к центру.

Нерекультивированные участки центральной части при высыха нии обеспечивались в достаточном количестве диаспорами с ре культивированной территории, растительность которой резко снизила на золоотвале водную и ветровую эрозию, стабилизиро вала поверхность. Это ускорило формирование растительного покрова на "чистой" золе.

Следовательно, рекультивационные мероприятия дают воз можность разнообразить экотопы и существенно корректиро вать формирование растительности на золоотвале в соответст вии с поставленными задачами и выбранными направлениями рекультивации.

Проведенные натурные исследования территории золоотва ла ВТГРЭС позволили разработать схему развития автотрофно го блока формирующихся на золоотвале экосистем в зависимос ти от возраста и экологических условий. Конечным этапом фор мирования является лесной фитоценоз. Скорость его формиро вания и структура определяются конкретными экологическими условиями экотопа. Оценка опыта БР, проведенной по нашим рекомендациям на части золоотвала, показала, что рекультиви рованная территория ежегодно расширяется и составляет к на стоящему времени более 60 га продуктивных сенокосных угодий (10—25 ц/га сена).

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что при кажущемся однообразии золоотвала (ровная поверхность, однообразный субстрат и др.) со временем формируются разные экотопы в зависимости от конкретных экологических условий в виде микрорельефа, локального увлажнения и др. Разнообразие экотопов определяет разнообразие растительности и соответст венно фрагментарный почвообразовательный процесс.

Рекультивационные мероприятия ускоряют формирование растительного и почвенного покровов, изменяют направление развития фитоценозов и их динамику.

Выявлены важные закономерности по структуре автотроф ного блока, флористическому и фитоценотическому разнообра зию, трансформации созданных при БР культурфитоценозов, скорости и направлению формирования автотрофного блока экосистем при самозарастании.

Полученные результаты оригинальны, не имеют аналогов, пополняют фундаментальные научные знания по формирова нию экосистем на золоотвалах и важны для учета при проведе нии БР.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗОЛООТВАЛА № 1 РЕФТИНСКОЙ ГРЭС 4.1. Сравнительная характеристика геохимического фона на золоотвале и в его окрестностях Как известно, большое влияние аэротехногенных выбросов на характер геохимического фона наблюдается в крупных про мышленных центрах, в которых сосредоточены предприятия черной и цветной металлургии, химической промышленности и энергетики и другие (Шилова и др., 1984;

Махнев и др., 1990;

Власенко и др., 1995). Причем наиболее существенное значение имеет не только общий объем выбросов, но и их структура, что убедительно показали исследования, выполненные в ряде круп ных промузлов на Среднем Урале, в частности в Красноураль ском, для которого характерен кислотный тип загрязнения с на личием тяжелых металлов, и Асбестовско-Сухоложском, где в выбросах доминируют кислые газы и зола, имеющая сильноще лочную реакцию. Комплексные исследования в данных промуз лах, включающих техногенное загрязнение атмосферного воз духа, снежного покрова, почв, массы растений и сравнительный анализ их результатов, позволили установить своеобразие рас пределения загрязнителей в указанных средах.

4.1.1. Загрязнение атмосферного воздуха Степень загрязнения воздуха профилирующим сернистым газом в Красноуральском и Асбестовско-Сухоложском промуз лах, по данным государственного доклада (1996), — 79,1 и 90,9 тыс. т/год соответственно, практически одинакова. Анало гичный результат получен при определении активности SO2 в воздухе в окрестности данных промузлов, которая на расстоянии 1 км от источников выбросов, соответственно, составила 54,6 и 54,3;

на расстоянии 7 км — 38,5 и 32,2;

на расстоянии 15 км — 27,7 и 35,1;

на расстоянии 30 км — 11,6 и 8,3 мг/м2 сутки (Менщи ков и др., 1997). Однако выброс твердых (золы) загрязняющих веществ в Красноуральском промузле составляет 34,0 тыс. т/год, а в Асбестовско-Сухоложском 108,8 тыс. т/год, т. е. в несколько раз больше.

4.1.2. Загрязнение снежного покрова Данные анализа снеговой воды 2000 г. (табл. 4.1) показали, что рН фильтрата близок к нейтральному, причем на золоотва ле, расположенном в восточном направлении от ГРЭС, практи чески соответствует таковому, определенному на других посто янных пробных площадях, расположенных на трансекте этого направления. По содержанию взвешенного вещества в снеговой воде выражена четкая тенденция его снижения по мере удаления от золоотвала в восточном направлении. По сухому остатку со ответствующей четкой тенденции в градиенте расстояния не на блюдается, хотя максимальный показатель характерен для проб снега, взятых с золоотвала (см. табл. 4.1). Следует отметить, что по данным четырех лет наблюдений (1992, 1995, 2000, 2001) по казатель рН относительно стабилен. Лишь в 2001 г. он был оп ределен как слабо кислый, а в другие годы был близок к нейт ральному, что не характерно для экологически чистых районов, где, по данным Ю.А. Израэля и др. (1983), показатель рН снего вой воды — 5,5. Напротив, показатели содержания взвешенного вещества и сухого остатка в пересчете на 1 м2 площади значи тельно отличались в разные годы. Они (по взвешенному вещест ву) были сравнительно высоки и близки по абсолютному значе нию в 1992 и 1995 гг., но значительно снизились в 2000 г. и вновь заметно увеличились в 2001 г. (табл. 4.2). В целом показатели за грязнения снежного покрова в районе золоотвала №1 в несколь ко раз выше, чем, например, в районе Красноуральского промуз ла (Менщиков и др., 1997).

О количестве ежегодно поступающих с промышленными выбросами в окружающую среду металлов можно прежде всего объективно судить по их содержанию в снежном покрове. С этой целью оно определялось в районе золоотвала № 1 РГРЭС в фильтрате (подвижные формы) и во взвешенном веществе (кис лоторастворимые формы). При оценке содержания металлов в снежном покрове непосредственно на золоотвале и в его окрест ностях учитывалось, что среди наиболее распространенных эле ментов, в том числе загрязнителей, имеющих высокую биологи ческую и физиологическую активность, одно из первых мест в Т а б л и ц а 4. Химический состав снеговой воды в районе Асбестовско-Сухоложского промузла в 2000 г.

Взвешенное вещество Сухой остаток №ППП р *" фильтрата г/м г/л г/м г/л 0,220 22,93 0, В-1 6,3 1, В-2 золоотвал № 1 0,380 36,56 0, 6,2 4, 0,245 24,54 0, В-3 6,2 2, 0,255 0, 22, В-7 6,2 3, 0,297 0, В-11 6,4 19,73 2, — — — — — В- 0, В-20 6,5 0,103 15,42 4, 0,064 0, В-30 6,3 7,55 0, 0, В-40 6,5 0,109 4,49 2, 24, 0, С-1 0,031 3, 6, 0,378 0, 33, 6, с-з 2, 0, С-7 6,1 0,129 19,73 1, Таблица 4. Динамика химического состава снеговой воды в районе Асбестовско-Сухоложского промузла Взвешенное вещество, г/м2 Сухой остаток, г/м рН № ппп 2000 2000 1992 1995 2001 1995 2001 1992 1992 — — — — — — 6,3 22, В-1 1,8 5, 41, 5, — — — — — — — — — 6,2 36, В-2 4, — 6,7 6,2 6,2 47,5 51,0 24,5 4, В-3 5,0 32,9 2,9 4, — 6,5 5,5 6,2 5,2 26,3 22,3 24, В-7 29,3 3,8 3, 1, 6,4 28,2 — В-11 6,6 6,1 5,6 24,7 19,7 33,9 2,9 2, 1, 6,2 — — — — — —— 6,3 17,5 17, В-15 2, 19,2 15,4 — 6,7 6,0 6,5 5,7 18,5 14, В-20 2,8 4,0 6, — — — — 5,9 6,1 5,2 31,3 24,3 40,3 3,01 5, С- — — — — 6,2 6,2 5,7 25,6 33, С-З 47,7 2,90 2, 6, — 6,1 5,4 10,5 19,7 43,6 — С-7 1,28 1, — — промузлах занимают тяжелые металлы, а также некоторые ма кроэлементы. В частности, к тяжелым металлам относятся бо лее 40 химических элементов с атомными весами, превышающи ми 50 атомных единиц. Однако по токсичности, распространен ности, способности накапливаться в пищевых цепях лишь около 10 элементов считаются основными загрязнителями биосферы.

Среди них такие как ртуть, свинец, кадмий, медь, ванадий, оло во, цинк, молибден, кобальт, никель. Причем первые три рас сматриваются как наиболее опасные и подлежат первоочеред ному контролю в объектах окружающей среды (Тяжелые ме таллы..., 1991).

Результаты анализа содержания тяжелых металлов (подвиж ные формы) в снежном покрове в районе золоотвала РГРЭС в 2000 г. показали, что свинца в нем содержится сравнительно мно го, а кадмия, напротив, мало. Причем содержание данных элемен тов, в отличие от других, по двум направлениям (в восточном и се верном) в снежном покрове увеличивается по мере приближения к источникам эмиссии (ИЭ). Аналогичная картина наблюдается так же в отношении кальция, хотя максимальное количество его в снежном покрове в северном направлении обнаруживается на рас стоянии трех, а не одного километра от ИЭ (табл. 4.3).

Уровень содержания металлов в снежном покрове непосред ственно на золоотвале вполне вписывается в соответствующий ряд пробных площадей восточного направления.

По содержанию во взвешенном веществе снеговой воды на золоотвале и его окрестностях самые высокие показатели ха рактерны для железа, причем в градиенте восточного направле ния обнаруживаются два пика — непосредственно у электро станции и золоотвала (ППП В-1) и ближе к середине ряда (ППП В-11). Аналогичная картина наблюдается и по большинству дру гих тяжелых металлов, в частности по цинку, свинцу, никелю, марганцу, хрому и кадмию. Такая же закономерность была уста новлена нами ранее в районе медеплавильного завода (Шилова и др., 1984). Своеобразным исключением в данном случае являет ся кобальт, содержание которого во взвешенном веществе в се редине ряда (ППП В-11) оказалось минимальным (табл. 4.4).

В северном направлении, где трансекта по градиенту рассто яния значительно короче, чем по восточному направлению, вы ражен только один пик по уровню содержания тяжелых метал лов во взвешенном веществе снеговой воды.

У одних металлов (свинца, кобальта, меди и хрома) он прихо дится на середину ряда, а у других (цинка, кадмия, никеля) — на начало (от ИЭ) ряда. Содержание металлов во взвешенном ве ществе снеговой воды непосредственно с золоотвала, как и в случае с подвижными формами, четко вписывается в отмечен ную структуру рядов по градиенту расстояния.

Т а б л и ц а 4. Содержание металлов в снежном покрове, мг/м (Рефтинская ГРЭС, 2000 г.) мшпп Na Са Zn Cd Pb Си Co Ni Mn Mg 762 0 0,089 17,30 4,346 5,765 8,432 0, В-1 43,46 В-3 687 34,33 0,058 15,00 7,758 5 7,827 3, 65, 11,36 0,012 11,52 5,989 3, В-2 60,23 940 2,547 4, В-7 30,83 0 0,019 8,34 4,524 2,779 2,779 4, 24,82 10,62 5,584 3, В-11 1080 563 0,48 0 3,171 2, В-20 25,26 455 809 0,33 0 11,60 5,095 3,902 3,577 2, В-30 500 0 0 9,96 2,748 3,32 2,29 1, 17,98 557 7,52 2,262 2, В-40 12,92 795 0,73 0 3,795 4, С-1 30,88 3,12 10,06 4,787 3,351 5,099 1, 506 0, С-3 20,22 956 2,02 0,12 8,93 3,259 2, 905 5,311 3, С-7 15,03 1,47 0,036 9,38 4,154 3,126 4,936 2, Т а б л и ц а 4. Содержание тяжелых металлов во взвешенном веществе снеговой воды, мг/м2 (Рефтинская ГРЭС, 2000 г.) Zn Cd Со Си №ППП Pb Ni Mn Fe Cr 0, В-1* 6,71 3,82 0,16 4,97 3,31 12,84 456,00 13, В-2 0,12 10,44 208,12 6, 7,29 2,50 0,40 4,27 2, В-3 10,51 0,07 0,38 2,58 7,67 173,17 5, 2,49 2, В-7 6,14 0,05 0,33 2,53 8,72 233,75 6, 2,23 1, 0, В-11* 10,61 2,98 0,15 1,90 320,32 11, 4,36 10, В-20 4,41 0,07 2,18 94,56 2, 1,80 0,17 1,62 2, 1, В-30 4,02 1,28 0,07 0,10 0,95 1,10 28,30 2, В-40 7,32 0,07 0,12 1,25 1, 1,34 1,29 3,99 53, С-1 6,33 0,11 0,38 3,16 8,16 192,23 5, 1,69 4, С-3 0,06 3,53 10,24 218,46 7, 5,85 2,57 0,39 3, С-7 5,45 1,84 0,07 2,77 10,63 271,15 4, 0,29 2, * Данные 2001 г.

4.1.3. Загрязнение почв, почвогрунтов и зольного субстрата Для того чтобы адекватно представить экологическую ситу ацию, сложившуюся в районе золоотвала, прежде всего необхо димо учитывать специфику выбросов тепловых электростанций, которая заключается в том, что в составе поллютантов присут ствуют соединения, имеющие антагонистический характер воз действия — двуокись серы, окислы азота и твердые примеси ще лочных металлов (кальция, магния, калия), которые в опреде ленной степени нейтрализуют друг друга при поступлении в эко систему. Однако при таком типе загрязнения лесные почвы су щественно меняются, что отражается и на их внешнем облике, и на физико-химических свойствах (снижается кислотность почв, увеличивается содержание щелочных металлов (Чертов и др., 1990), снижается количество углерода в гумусе, возрастает ско рость минерализации гумуса (Чертов и др., 1990)). Эмиссии эле ктростанций кроме непосредственного влияния на растения из меняют основные показатели ландшафтно-геохимических усло вий, такие как окислительно-восстановительный потенциал и кислотность, которые определяют миграционную способность химических элементов в ландшафтах (Волкова, Давыдова, 1987).

В ряде работ показано, что в районах крупных промышлен ных центров в результате аэротехногенного загрязнения окружа ющей среды, прежде всего почв, формируются техногенные ано малии, например техногенные геохимические провинции с серно кислыми ландшафтами, обогащенными тяжелыми металлами (Тарабрин, Пельтихина, 1971;

Тарабрин, 1974;

Шилова и др., 1984). Величина техногенных аномалий зависит от многих факто ров, в том числе от природно-климатических особенностей райо на, мощности промышленного производства, его технологии и т. д., но при прочих относительно равных условиях в значительной степени от структуры выбросов, представленных тремя типами загрязнения: кислотным, щелочным и сравнительно "мягким" кислотно-щелочным. Поскольку в районе РГРЭС типичный кис лотно-щелочной тип загрязнения, то здесь, за исключением тер риторий собственно золоотвалов, представляющих нарушенные земли, так называемая газогенная пустошь и импактная зона практически отсутствуют, хотя изучение почв на пробных площа дях показало, что в районе РГРЭС на подстилке обнаруживается серый налет золы. Присыпка ее наблюдается также между под стилкой и верхним гумусовым горизонтом, а в 3 км от ИЭ в гори зонте А, — по структурным отдельностям. В 30 км от ИЭ рН верхних горизонтов почв составляет от 3,7 (3,9) до 5,0 (5,1), но по мере приближения к ИЭ происходит повышение показателя рН до 6,0. Для сравнения следует отметить, что, напротив, в районе Красноуральского медеплавильного комбината (КМК) при при ближении к ИЭ идет резкое снижение этого показателя до 2, (Власенко и др., 1995). Поскольку показатель рН (водный) золы РГРЭС составляет около 9,0, то буферная система почв в этом районе, а также кислые газы, образующиеся в процессе сжигания угля, частично сорбируемые поступающей в атмосферу золой, нейтрализуют негативные влияния щелочности золы на почвен ный раствор и отрицательных сдвигов в химизме почв и ее струк туре не наблюдается. В то же время в импактной зоне КМК до км от ИЭ произошли отрицательные сдвиги в химизме почв и на блюдается эрозия на расстоянии до 1 км (техногенная пустыня).

Анализ валового содержания тяжелых металлов в почвах в окрестностях золоотвала (на трансекте восточного направле ния) показывает, что в зоне действия РГРЭС наблюдается неко торое повышение их содержания примерно в 2 раза по сравне нию с контролем, а по Си и РЬ — по сравнению и с кларковым уровнем содержания элементов в почвах (табл. 4.5). Для сравне ния в зоне действия КМК наблюдается довольно значительное увеличение содержания в почве всех определяемых тяжелых ме таллов по мере приближения к ИЭ.

Данные по содержанию тяжелых металлов в почве свиде тельствуют о том, что в подстилке их, как правило, больше, чем в горизонте А,. Кроме того, в градиенте расстояния четко выра жена тенденция снижения уровня содержания металлов по мере удаления от источников эмиссии.

Из данных агрохимического анализа зольного субстрата с зо лоотвала Рефтинской ГРЭС следует, что реакция золы сильно щелочная (рН до 9,6 при оптимальном 4,5—6,0 для основных ле сообразующих видов) и неблагоприятна для произрастания рас тений. Однако содержание в золе некоторых элементов питания, например фосфора, довольно высокое (20,3 мг/100 г золы), на против, содержание калия (К2О), составляющее 4,3 мг/100 г зо лы, очень низкое (табл. 4.6). Отмечается также низкое содержа ние общей серы, органических остатков и практическое отсутст вие засоления зольного субстрата. Данные анализов в целом по казывают, что зольный субстрат РГРЭС практически не нужда ется в дополнительных минеральных фосфорных удобрениях, но ему необходимы азотные и калийные удобрения.


Таблица 4. Содержание металлов в почвах района Рефтинской ГРЭС, мкг/г №ППП Горизонт Zn к Си Ni Pb Na 505, Ао(0— 5) В-1 51,0 20, 50,0 33,0 701, 652, 696, А,(5— 10) 39,0 50,0 15, 29, 623, АЛО— 4) 45,0 15,0 391, В-3 48,0 39, 503, А,(4-9) 39,0 31,0 25,0 11,0 401, 265, А0(0—5) 12, В-7 56,0 30,0 25,0 512, 274, 328, 31,0 10, А,(5— 12) 50,0 36, Ао(0—3) 293, В-11 51,0 54,0 25,0 11,0 281, А,(3-6) 202, 43,0 31,0 20,0 10,0 271, А„(0-3) 283, В-17 50,0 29,0 17,0 10,0 301, А,(3-6) 176, 49,0 25,0 15,0 10,0 211, 345, Ао(0—3) 25,0 11, 3-20 36,0 25,0 120, 252, А,(3—7) 31,0 21,0 17,0 10,0 271, Кларковый уровень 50,0 10, 20,0 40, для почв по В. В. Ко вальскому (1974) Т а б л и ц а 4. Основные агрохимические показатели золы золоотвала Рефтинской ГРЭС # ё Водная вытяжка, % мг/экв Мг/100 г рн sо * s |* g ^ И кг S иg o5 ю о X 8|| о Una 6 ь 2 S и I I ° 1И ^Б и о 9,6 9,55 0,034 0,006 0,001 0,008 0,016 0,021 20,3 4,34 0,19 3,69 2, 4.1.4. Водно-физические свойства почв, почвогрунтов и зольного субстрата При погрузке, разгрузке, планировке и последующем прове дении работ происходит изменение сложившейся естественной структуры и водопроводящих систем почвенных горизонтов.

Кроме того, насыпные естественные грунты из карьера, как правило, бедны гумусом, что снижает рост создаваемых лесных насаждений. Одновременно на территориях вновь создаваемых золоотвалов не снятые верхние горизонты почвы, богатые гуму сом, безвозвратно теряются под слоем золы. Внесение других видов органических удобрений (навоза, торфа, соломы и т. д.) де лает существенно дороже рекультивацию нарушенных земель.

Лучший вариант — это переброска гумусированных горизонтов А,, А 2 и В с новых, строящихся золоотвалов на старые.

С целью выяснения этих вопросов изучены водно-физичес кие свойства естественных грунтов на территории проектируе мой третьей очереди золоотвала Рефтинской ГРЭС в 37-м и 38-м кварталах Алтынайского лесничества Сухоложского лесхоза, насыпных грунтов на опытном рекультивируемом участке, а также золы и торфа.

Образцы грунта на лесном участке отбирались на глубине до 2 м, на рекультивируемом участке — только с поверхности почвы (0—10 см). Отбор производился с помощью специаль ных цилиндрических высечек в 5-кратной повторности в каж дом горизонте. Образцы укладывались в бюксы и взвешива лись с точностью до сотых долей грамма, затем повторно взве шивались после сушки при температуре 105 °С. Исходя из по лученных данных вычислялись влажность и объемный вес. За тем, после определения по общепринятой методике (пикномет рически) удельного веса, вычислялась скважность. Одновре менно со взятием на анализ образцов при помощи метода тру бок определена инфильтрация (водопроницаемость). Данные представлены в табл. 4.7.

Данные табл. 4.7 показывают, что только "утрамбованный" бесструктурный верхний горизонт насыпного грунта на рекуль тивируемом участке золоотвала № 1 обладает наибольшим объ емным весом и наименьшей водопроницаемостью из пяти вари антов изученных субстратов.

Удельный вес насыпного грунта сравним с горизонтами В и С лесных почв (глубина на 0,3—1,0 м и более).

Объемный вес торфа, золы и верхних горизонтов лесных почв сравнимы между собой. Они близки также по водопроница емости и по скважности (по пористости).

В естественно сложенных грунтах начиная от поверхности (от горизонта А, к С) с глубиной возрастает удельный и объем ный вес, а скважность и водопроницаемость уменьшаются. Это указывает на целесообразность снятия верхних почвенных гори зонтов при необходимости снижения водопроницаемости.

В частности, снятие верхних почвенных горизонтов перед заполнением хранилища золой, вероятно, будет способство вать снижению подтопления прилежащих к дамбам террито Таблица 4. Водно-физические свойства почв и субстратов в районе золоотвала (по данным Г. П. Макаренко, Разработка..., 1995 г.) Удельный вес, Объемный вес, Водопроницае Скважность, % Вариант г/см3 мость, мм/мин г/см' Насыпной грунт 0,50±0, 1,13±0, 2,56 55, 1,80±0, (суглинистый) 1,21±0, 2,52 52, Торф 0,46±0,15 29,80+19, 2,15 78, 0,27±0,02 49,00±5, 1,99 86, 8,40±0, Зола 0,53±0, 2,04 74, 0,60+0,02 17,90±1, 2,06 70, Сосновый лес, су глинок, почвенные горизонты:

0,31+0,03 19,90±2, А 2,01 84, 0,86±0,01 12,00±0, 65, В 2, 1,09±0,04 5,40±0, С 2,60 57, Березняк, почвен ные горизонты:

53,20±13, 0,51±0, 2,05 75, В 0,89±0,03 10,70±4, А2В 2,51 64, 7,20±1, 1,10±0, 2,52 56, С рий из-за дополнительного уменьшения фильтрационной спо собности днища золоотвала, связанного с нарушением струк туры грунта и его уплотнением механизмами в процессе вы полнения работ.

Таким образом, перемещение грунта с проектируемого зо лоотвала № 3 на подлежащие рекультивации (золоотвалы № и 2) улучшит экологическую обстановку вокруг будущего зо лоотвала.

4.2. Сравнительная оценка микроклиматических условий золоотвала При оценке условий золоотвала, в том числе микроклима тических, прежде всего внимание обращалось на то, что нере культивированные золошлакоотвалы являются источником поступления в атмосферу золы в результате ветровой эрозии их поверхности (Вишня и др., 1997). Отмечается также, что ос новными неблагоприятными показателями зольного субстрата для растений являются его бесструктурность, слабая водообе спеченность (Пикалова, 1970а, б;

Беспрозвана, 1970а), хотя, с другой стороны, по данным Л. П. Капелькиной (1993), субст рат золоотвала характеризуется значительно большими запа сами влаги, что связано с наличием глинистых частиц, а также с лучшими микроклиматическими условиями золоотвалов по сравнению с хвостохранилищами. На золоотвале РГРЭС изу чение микроклиматических условий, проведенное по ряду по казателей (скорость и направление ветра, температура возду ха и зольного субстрата, влажность воздуха и субстрата, осве щенность) (Внуков, 1999), показало, что нанесение почвогрун тов изменяет эдафические и микроклиматические условия.

Так, амплитуда температур в первой половине дня (с 9-00 до 13-00) почвогрунта, по сравнению с зольным субстратом, в от дельные дни в июле снижается в 2 и более раза. Уменьшается также амплитуда влажности приземного слоя воздуха и снижа ется средняя скорость ветра у поверхности. Наличие древес ной и травянистой растительности на золоотвале способствует "нормализации" экологических факторов, приближению их к показателям, характерным для лесных экосистем. В частнос ти, если за критическую скорость ветра в условиях золоотвала принять 3 м/сек, т. е. скорость, превышение которой в сухую погоду сопровождается ветровой эрозией поверхности золоот вала, то, по данным измерений, на высоте 1 м в 13.00 оказа лось, что скорость ветра в июне в посадках сосны не превыша ет критического значения, тогда как на зольном субстрате в большинстве случаев превышает.

Предполагается, что у верхних слоев золы отсутствует связь с грунтовой водой и режим их увлажнения зависит только от ат мосферных осадков и температуры воздуха.

4.3. Геоботаническая характеристика золоотвала Рефтинской ГРЭС (самозарастание) Несмотря на сравнительно небольшой период времени с на чала консервации золоотвала № 1, который по существу на его отдельных участках начался с 1994 г., процесс самозарастания, в том числе древесными породами, выражен довольно хорошо. Об этом свидетельствуют данные геоботанических и лесоводствен ных исследований.

4.3.1. Естественное возобновление видов древесных растений на золоотвале Специальные исследования естественного возобновления на золоотвале № 1 производились летом 2001 г. При этом исследо ваниями были охвачены пять категорий участков (экотопов):

• осушенные участки золоотвала, около дамбы, на которые частично попала органика, представляющая отходы свинофер мы (ПП № 2) (табл. 4.8);

• аналогичные первым участки, но без признаков наличия ор ганического удобрения (ПП № 1) (см. табл. 4.8);

• экспериментальные участки посева трав с внесением неор ганических удобрений (NPK и др.) (ПП № 3 и 6) (табл. 4.10);

• экспериментальные механизированные посадки сосны 1996 г.

в полосы шириной 6 м (учет на полосах) (ПП № 4) (табл. 4.12);

• экспериментальные механизированные посадки сосны 1996 г.

в полосы шириной 6 м с межполосным пространством 3—4 м (учет между полосами) (ПП № 5) (см. табл. 4.12).

Оценка самозарастания проводилась по общепринятой при лесоводственной практике методике на учетных площадках раз мером 2x5 м, которые закладывались в количестве 30 шт. на каждой учетной площади.

Оценка самозарастания на отдельных участках, типичных для золоотвала № 1 (см. табл. 4.8), показала, что практически на всех площадях, не имеющих покрытия из почвогрунтов, выражена дифференциация на несколько экотопов, составляющих своеоб разный ряд в градиенте расстояния в направлении от дамбы к цен тру золоотвала. Соответственно сокращался и период (время) ос вобождения участка от подтопления, типичными в этом отноше нии являются участки № 1 и 2, каждый из которых по степени са мозарастания четко делится на три секции (экотопа). Первый из них (1в), расположенный непосредственно у дамбы, характеризу ется обильным возобновлением основных лесообразующих лист венных и хвойных видов: берез повислой и пушистой (Betula pen dula Roth и В. pubescens Ehrh.), осины (Populus tremula L.), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Причем у всех видов в составе преобладает не самосев, а мелкий подрост, а также значительную долю состава, особенно у лиственных видов (ПП № 2), представ ляет средний по высоте подрост (см. табл. 4.8). Состояние подро ста здесь, как правило, удовлетворительное. Из подлесочных по род наиболее распространены ивы: козья, трехтычинковая, пяти тычинковая, шершистопобеговая, чернеющая, серая (Salix caprea оо VO С- 00 1Г 1О VO • ГО СМ" О ON СМ" * я *2 ОО Г~ Tt Tj- PI М CO II I er •" чя 88°8|8 VO Я -.npicogjo U ft.


Л ft.

u.

ft.

§§§| CO r-l VT c -g ЬЙ Ч V г Illlll оо O CS S I IS о S ^ оо | l§i~s| 8°8° со,-, f),2 о О SgSS o ОО ДК ^ СЛ o ON ;

2 см оч CM -н CO 8IMI I б_ e I II I О о 1 е: I sai'l — — ^ CMvo a CM « \o m « CM —. ю — CN CS ю я и « ю CM rt с г * L., S. triandra L., S. pentandra L., S. dasyclados Wimm., S. myrsinifolia Salisb., S. cinerea L.) (табл. 4.9). Обращает на себя внимание обле пиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.), которая представ лена в данном экотопе самосевом, а также мелкими и средними по высоте особями, но в отличие от других древесных имеет группо вое размещение. Встречаемость сосны, березы, осины и ивы со ставляет — 100 %, а облепихи — 40 %.

На экотопе, занимающем среднее положение (16) в градиен те расстояния от дамбы, процесс самозарастания может быть оценен как удовлетворительный, поскольку численность благо надежного подроста лесообразующих видов превышает здесь тыс. шт. в пересчете на 1 га (ПП № 1) и достигает более 25 тыс.

шт./га (ПП № 2). Причем численность самосева хвойных (ПП № 2) уже достигает нескольких тыс. шт./га. Среди подлесочных пород отмечается появление облепихи крушиновидной, но осо бенно обильны ивы, численность которых более 10 тыс. шт./га.

Встречаемость сосны, березы, осины составляет — 80 %, ивы — 100 %, облепихи — 50 %.

На наиболее удаленном от дамбы экотопе (1а) процесс само зарастания находится в начальной стадии. Здесь еще наблюдает ся свободное перемещение золы при наличии ветра. Хвойные в составе подроста практически отсутствуют. Береза и осина встречаются в значительном количестве, причем в большинстве случаев они представлены в виде самосева, доля которого среди лесообразующих видов очень высока (от 40,5 % на ПП № 2 до 84,6 % на ПП № 1). Встречаемость сосны и березы составляет только 10 %, осины — 30 %, а ив — 90 % (см. табл. 4.8).

В целом процесс самозарастания на экотопах данного типа, т. е. в условиях отсутствия привозных почвогрунтов, идет впол не удовлетворительно, хотя лиственные — береза, осина и осо бенно ивы — составляют серьезную конкуренцию хвойным, ко торые представлены на золоотвале № 1 Рефтинской ГРЭС толь ко одним видом — сосной обыкновенной.

Одновременно с нерекультивированными участками естест венное возобновление лесообразующих видов наблюдается в культурфитоценозах, в частности на экспериментальном участке 1996 г., где на разных вариантах субстрата был произведен посев семян овсяницы луговой и клевера лугового с кострецом безос тым (Trifolium Festtuca Cratensis Huds pratense L., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub). Данные учета самосева древесных растений на первой и третьей повторностях этого участка (табл. 4.10 и 4.11) EQ »—i "1сЭ °i. О 0 Q 8 8 8 8 8 8I ^l-' 5 = 2° 0 0 2 •*' с с— — CN CN •— — CN en е- "О CNi IЧО C3 и (в sr nr IS IS | i l 8 8 8i ч | PJ нн en •— о ч u.

л XD с в 8 i 58 8i I -ч И ^J t — I 0) a « 1 Я S" 888 1 1Ч •—i BP -, g Я -н -н CN CN ^н ЧО g iI S 0 0 о B!

I | B8 ч см — Ракитник S m 1 1*—« 1 со о 8 8 i »-H l en a. б а,_ S-? с 8 к H cs §8 8 X §8й 0 ° ояС |ts ч 2° rt en "" II я 5 г «и =и гая и повк о § 1 § IE ъ |1 8 g Sfc s § ^ 8 S 1 1§ 1-Ц Е?

Я В со 2L кg « О ^5 sО to II ио и 1§ § § о° i« t Я | | iS 8 s I О li• CS CN S ЬЙ « кновенна а и 1§ I г ^ 8 S\ CN — I в л §* m •8 б я § § rt •*t CS CN V ё и и CQ X О О ее « r В 1 и h g _ 0 «° H Вариант Ы опыта " ^ HH ? ;

н « и i— С м СП СП ^ 1 1 ^ СП \О ЧО ЧО СО СО СО en fi en ^н ^ ^ *g vo en en en показали, что на части участка, находящейся в относительно по ниженном месте (пробная площадь 3-1), независимо от субстрата возобновление древесных растений, за исключением ракитника (Chamaecytisus ruthenicus (Fisch, ex Woloszcz) Klaskova), практичес ки отсутствует. В данном случае в вариантах I—III (при отсутст вии почвогрунтов) наблюдается ветровая эрозия поверхности зо лоотвала. Наоборот, в вариантах с наличием почвогрунтов выра жено сильное задернение, по-видимому, препятствующее появле нию самосева древесных растений. Встречаемость их на данной части участка не превышает 10—20 %. Распространение на участ ке ракитника, скорее всего, свидетельствует о том, что его семена или остатки корней были завезены с почвогрунтами.

Совершенно другая картина возобновления древесных расте ний наблюдается на другой части экспериментального участка 1996 г. (пробная площадь 6-3;

третья повторность опыта), кото рая занимает относительно повышенное местоположение.

Здесь, особенно в вариантах I—III, имеется вполне удовлетвори тельное возобновление лесообразующих видов, в том числе со сны, которое интенсивно продолжается, судя по сравнительно высокому содержанию самосева, составляющему 41,1 %. Пока затель встречаемости здесь несколько ниже по сосне — 50 %, а по лиственным породам (березе и осине) составляет 70 и 60 % со ответственно. В вариантах с IV по VIII, т. е. там, где кроме мине ральных удобрений использовались почвогрунты и соответст венно наблюдается более сильное задернение, показатели есте ственного возобновления существенно хуже. Здесь показатель встречаемости хвойных и лиственных видов не превышает 20 %, а наличие самосева находится в пределах 0—18,9 %.

Среди кустарников в третьей повторности также сравнитель но удовлетворительно представлен ракитник (встречаемость от 30 до 60 %) и ива, которые успешно возобновляются только на части участка, свободной от почвогрунтов (варианты I—III), где конкуренция травянистой растительности практически отсутст вует. Единично встречается малина (Rubus idaeus L.).

В целом, на ближайшую перспективу естественное возобнов ление лесообразующих видов на участках с наличием почвогрун тов, занятых посевами культурных трав, весьма затруднено, в то время как на дренированных участках без покрытия почвогрун тами оно может быть вполне удовлетворительным.

С точки зрения оценки перспективы формирования опти мальной структуры культурдендроценозов при комбинирован ной сельскохозяйственно-лесной рекультивации представляет интерес изучение хода естественного возобновления древесных растений (деревьев и кустарников) непосредственно в полосах, занятых посадками хвойных, в частности сосны обыкновенной, и в межполосных пространствах. Данные учета естественного во зобновления лесообразующих видов и кустарников (табл. 4.12 и 4.13) показали, что на полосах (ПП 4-1, 2, 3), где сформирова лись уже сомкнувшиеся посадки сосны, очень слабое естествен ное возобновление наблюдается лишь у сосны (встречаемость 20 %). Береза и осина на полосах практически отсутствуют. Из кустарников здесь представлен только ракитник, кусты которо го, как правило, сильно разросшиеся.

Совершенно иная картина наблюдается на межполосных пространствах (ПП 5-1, 2, 3). Здесь на части территории этих пространств, по-видимому, в связи с особенностями мезорельефа и режима влагообеспеченности наблюдается обильное возоб новление древесных видов — лесообразователей на зольном субстрате, в том числе сосны с высокой встречаемостью (80— 90 %) и хорошей представленностью самосева (32,7—50,0 %). Ра китник в этих условиях явно уступает место кустарниковым ивам, встречаемость которых составляет 100 %. Видовое разно образие кустарников здесь, как и в других экотопах на золоотва ле, пока ограниченно несколькими видами.

Проведенный в сравнительном плане анализ естественного возобновления на площади посадок 1993 г. на золоотвале № Рефтинской ГРЭС и в одновозрастных посадках на вырубке по казал, что на последних в условиях обильного травяного покро ва и сильного задернения самозарастание наблюдается в основ ном в бороздах, проложенных плугом ПЛ-70, причем береза, как правило, порослевая. В то же время в посадках на вырубке есте ственное возобновление хвойных (сосны обыкновенной) отсут ствует, хотя оно есть в культурдендроценозе на золоотвале (табл. 4.14), где сосна обыкновенная встречается преимущест венно на участках с заметно изреженным травостоем. Напротив, на площади посадок сосны в условиях вырубки значительно ши ре разнообразие кустарников, хотя их число в пересчете на 1 га и встречаемость, за исключением ивы, сравнительно малы. Кро ме того, судя по наличию некоторых кустарников, например ши повника иглистого (Rosa acicularis Lindl.), в примыкающих к вы рубке древостоях, можно полагать, что они произрастали еще в подлеске вырубленного древостоя. Обращает на себя внимание, 8.O°- en со vooo m en r- О of со o" О О со §i§ 1 1 —i i 8 СЛСЧ -ч vj ^ о a- g is С чя РЭ Л Ё С H^ «§ о I и i* | g 1 ii I Ракитник 1il l § §, 8- CO.OI °°,- f и «Л §11 О О,s 1 ^O Ol С ^-11,=- со S C^t f**i CO CO in со I —i CN CM ЧО g l xi nиx « •л.

8 8 43 g со 8 S iI II О О О) «Л g r- OO Г CM CO "* S (N — "^ О CO (5 со со ЮЮО |§ II Г-Ч « § T S 1 5 О С * 8 00 о 8О »O CO CO CO EC a* 8 gо (O rt cs CM о CO о 0 g0 о at о s SSSoPS^'o^ в о VOV043 g К g И g X и i м llllli&li S 8 о. m п ml il il l в ~н cN CO —i CN CO N CO r-. CM CO Tf ^" ^4* 1Л VO »O е Сп• O^ о 0 m ^ч CN 2 f- CN Я •^t- чо 8 •* CN со -1 г1 О i 40 ^_ |1И С с* г S 8и P 2^ « X с § Малина в!

№Я i & в 6 §s ж S е as sg I *| ос я § ii tЧt a СО О крушино!

Облеп § а экспер 1СТНЫХ П К s |§!' II = о, i ип J2-CO, 1 о со со о а 3И & —и ОЛ В И0 а ?

п i в о ~~ Ья "^ s ^ « г^ 1 I si ё II tL яО w ^ь Ч * s gs I S= 5s s II о я sig $ i V & 1 к ^| § * й« ii и ь знамен si II f?

я в.

§& ii 4) * с g а на вырубке Золоотвал, |1| культуры с Лесные сосны т | од™ t'J Q Д CQ С *g 00 Г» 00 Р~ 'I *Ё что в посадках по сплошному покрытию почвогрунтом, как и в полосах, имеющих ширину 6 м, обильно распространяется ра китник русский (табл. 4.15), способствующий обогащению поч вы азотом.

Таким образом, анализ самозарастания золоотвала № 1 Реф тинской ГРЭС позволяет отметить, что на приподнятых участ ках со сравнительно благоприятным режимом влагообеспечения и аэрации при отсутствии ветровой эрозии поверхности золы уже в течение первых 3—5 лет после осушения наблюдается по явление самосева древесных видов, причем это происходит одно временно с травянистыми растениями после разрастания водо рослей и преимущественно в трещинах, образующихся на по верхности золоотвала. Самосев древесных видов растений-пио неров в основном представлен ивами, елью, белой березой, оси ной, местами облепихой, а также сосной. Из указанных видов древесных растений на первом этапе самозарастания золоотвала наиболее распространены ивы и частично березы. Однако мес тами лидирующее положение в этом отношении явно занимает облепиха крушиновидная, быстро заселяющая также откосы дамбы и другие неблагоприятные для большинства видов места.

4.3.2. Самозарастание золоотвала Рефтинской ГРЭС Для характеристики процессов самозарастания на золоотва ле Рефтинской ГРЭС были проведены геоботанические описа ния участков на "чистой" золе, на участках с нанесением почво грунтов и посадками древесных видов растений (выделы В1-В10) и в семи различных вариантах экспериментальных посевов куль турных видов трав (в посевах овсяницы луговой — О1-О7;

кост реца безостого с клевером луговым — К1-К7). Для сравнения видового состава и интегральных характеристик ценозов, обра зовавшихся в процессе самозарастания, были использованы уча стки с молодыми посадками сосны и ели в естественных услови ях вблизи пос. Алтынай (А1-АЗ). При проведении геоботаниче ских описаний выделов и экспериментальных посевов выявлял ся видовой состав высших сосудистых растений, делалась оценка общего проективного покрытия и оценка обилия видов по шка ле Друде. Для детальной характеристики участков были заложе ны 25 площадок размером 10x10 м. В пределах каждой площади, кроме выявления видового состава и оценки обилия видов по шкале Друде, на 15 раункиеровских площадках 50x50 см была сделана оценка проективного покрытия каждого вида. Всего вы полнело 39 общих геоботанических описаний и 375 описаний ра ункиеровских площадок.

Для каждого участка был проведен таксономический анализ на уровне семейств, были рассчитаны такие показатели, как сум марное проективное покрытие видов (СПП) и видовая насыщен ность (ВН). Обычно при проведении геоботанических описаний используется показатель проективного покрытия (ПП), значе ния которого меняются от 0 до 100 %. Данный показатель отра жает только долю свободной от растительности поверхности. В растительных сообществах, особенно при высокой плотности ценобионтов, чаще всего наблюдается многоярусное расположе ние ассимилирующих органов растений. В таких случаях показа тель проективного покрытия не в полной мере отражает эффек тивность использования пространства растениями, а более при емлемым показателем является суммарное проективное покры тие видов (сумма проективных покрытий видов на единице пло щади), значения которого могут быть выше 100 %. Сравнение формирующихся ценозов проводилось с помощью кластерного анализа (пакет прикладных программ Statistica). Перед проведе нием анализа оценки обилия видов по шкале Друде были пере ведены в цифровые значения в соответствии со следующей шка лой (табл. 4.16).

По результатам кластерного анализа рассматриваемые сооб щества (без участков в экспериментальных посевах культурных трав) распределились на три больших кластера, в каждом из ко торых можно выделить несколько подгрупп (рис. 4.1). В первый кластер, имеющий невысокие значения дистанций Евклида, во шли все сообщества, формирующиеся на "чистой" золе (участки В1-ВЗ) и в виде отдельной подгруппы сообщества участков на почвогрунтах с недавно (2—3 года) произведенными посадками сосны (В7 и В8). Все эти сообщества отличаются от сообществ двух других кластеров мозаичным и крайне неравномерным раз мещением растений в пределах ценоза, низкими показателями СПП и ВН (табл. 4.17).

Среди сообществ, сформированных на "чистой" золе, четко выделяется три подгруппы. Наиболее обособлены сообщества участков третьего выдела ВЗ-2 и ВЗ-3, для которых характерно высокое участие ив 5—6-летнего возраста, более высокие, чем в других сообществах данного кластера, средние значения СПП и ВН на 0,25 м (см. табл. 4.17). В другую подгруппу вошли сооб щества повышенных участков золоотвала, расположенных бли Таблица 4. Шкала перевода обилия по Друде в цифровые значения Обилие, % Оценка обилия по Друде Оценка обилия по Друде Обилие, % 1 Unicum Copiosael Solitaries 4 Copiosae 1 -gregalis Solitaries-gregalis 8 Copiosae 1 -copiosae2 Solitaries-sparsae 20 Copiosae 1 -gregalis-copiosae2 Solitaries-gregalis-sparsae Copiosae2 Sparsae Copiosae2-gregalis Sparsae-gregalis CopiosaeS Sparsae-copiosae 1 Socialis Sparsae-gregalis-copiosae 1 Т а б л и ц а 4. Характеристика сообществ контрольных и отдельных самозарастающих участков золоотвала Рефтинской ГРЭС Видовая Средняя видовая Среднее суммарное Участки насыщенность проективное покрытие, насыщенность на 100 м2 на 0,25 м2 (лимиты) % (лимиты) Выдел 1-1 32 2,5 (0—5) 15,4 (0—98) 13,6 (1-^7) Выдел 1-2 4,4 (1—6) 2,4 (1—4) 14,7 (2—45) Выдел 1-3 7,9 (3—15) Выдел 1-4 9 1,9 (1—3) 2,2 (1—4) 13,9 (2—21) Выдел 1-5 5,4(2—11) Выдел 2-1 16 2,4 (2—4) 9,5 (2—27) Выдел 3-1 22 3,1 (1-5) 21 4,2 (2—6) 25,9 (4—52) Выдел 3- 5,4 (2—7) 27,9 (8—76) Выдел 3-3 57,5 (24—120) Выдел 10-1 33 5,3 (3—9) 69,6(20—112) 24 5,9 (3—8) Выдел 10- 78,9 (28—121) Выдел 10-3 5Д (3—7) 9,7 (6—14) 89,5(51—125) Алтынай 1 79,3 (31—124) 8,8(5—11) Алтынай 2 76,7 (54— 106) 32 5,5 (3—9) Алтынай же к краю дамбы и характеризующихся высоким участием 3— 4-летних ив (сообщества Bl-1, Bl-2, B2-1 и ВЗ-1). Показатели СПП и ВН на 0,25 м в этих сообществах несколько ниже, чем в сообществах предыдущей подгруппы. Еще одну подгруппу обра зовали сообщества более удаленных от дамбы пониженных уча стков первого выдела (Bl-3, B1-4 и В1-5), характеризующихся ^эи [ fO 1 ^П ч я и 1 ЛП с с \ танции JI э я S г л л f In C [ r ! Cm l tn r o IJ n !c H |Oш n ш O C V J|C m m MH T^ VLr| D ГО f4 t-H t-t. П CM r-l »H..III гН гЧ «-« rij ООО ПП r^ *^ «—1 t—I т—t CQ CQ СР CQ CD CQ CQ CQ CQ (В CQ OQ Рис. 4.1. Дистанции Евклида между контрольными участками и самозараста ющими участками на золоотвале Рефтинской ГРЭС. Обозначения участков в тексте 25 20 о ы S X а Е и К4 К5 К7 К2 ОЗ К О4 05 О7 КЗ О2 О Рис. 4.2. Дистанции Евклида между различными вариантами опыта в экспе риментальных посевах на золоотвале Рефтинской ГРЭС. Обозначения вари антов в тексте невысоким обилием ив 3—4-летнего возраста, низкими показа телями СПП и ВН (см. табл. 4.17).

В следующий кластер вошли сообщества участков с посадка ми древесных видов на почвогрунтах (В5, Вб и В10). Данные сооб щества отличаются от сообществ на "чистой" золе более равно мерным размещением растений по площади участков, значимо большими значениями всех показателей (см. табл. 4.17), но харак терен зарослевый тип размещения видов. Интегральные характе ристики ценозов в этих выделах приближаются к таковым на кон трольных участках (А1-АЗ), но все же имеют более низкие значе ния. Отличия наиболее четко прослеживаются по минимальным и максимальным значениям показателей. Ценозы участков с 9—10 летними посадками древесных видов на почвогрунте (В4 и В 9) имеют близкие к контрольным значения интегральных показате лей (см. табл. 4.17) и образуют единый кластер с контрольными сообществами (см. рис. 4.1), но наблюдается одиночный характер присоединения к подгруппе, образованной ценозами контрольно го участка, среди которых наиболее отличающиеся характеристи ки имеет участок с посадками ели (A3).

Различные варианты опытов в экспериментальных посевах культурных видов трав на золоотвале (эксперимент 1, описание эксперимента см. ниже) также имеют ряд существенных отли чий по составу и обилию внедряющихся в них дикорастущих ви дов. Сообщества дикорастущих видов в посевах овсяницы (О) и костреца (К) на "чистой" золе (1—2 варианты) и с внесением ми неральных удобрений (3 вариант) (О1-ОЗ, К1-КЗ соответствен но) наименее отличаются друг от друга (низкие значения дистан ций Евклида) по составу и обилию видов и образуют единый кла стер (рис. 4.2). Сообщества в вариантах с нанесением почвогрун тов и дополнительным внесением мелиорантов (О4, К4, О5, К5) заметно отличаются от сообществ дикорастущих видов, сформи ровавшихся на "чистой" золе, по видовому составу и обилию (см.

рис. 4.2, табл. 4.18).

Виды, внедрившиеся в посевы в первый год наблюдений (1996) в 1—3-м вариантах опыта, были представлены в основ ном немногочисленными экземплярами сорных растений. В посевах в этих вариантах преобладали бескильница расстав ленная (Puccinella distans (Jacq.) Pad), лисохвост равный (Alopecurus aequalis Sebol), марь белая (Chenopodium album L.), горец птичий (Polygonum aviculare L.) и мелколепестник канад ский (Erigeron canadensis L.). Всего в этих вариантах в 1996 г.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.