Восстановление эдафотопа лесных экосистем Малого Полесья Украины после техногенных девастаций

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.4:581.55

Восстановление эдафотопа лесных экосистем Малого Полесья Украины после техногенных девастаций

Миронова Н.Г.

Хмельницкий национальный университет

Введение. Малое Полесье охватывает западные области Украины, преимущественно Львовскую, а также частично Хмельницкую, Ровенскую и Тернопольскую. Небольшая его часть расположена на территории Польши. Данная физико-географическая область расположена между Волынской лесостепной возвышенностью на севере, Расточьем на северо-западе и Подольской лесостепной возвышенностью на юго-востоке [1]. Малое Полесье хорошо выражено орографически как понижение и от соседних территорий отличается большим количеством осадков и суммой активных температур, характеризуется близким залеганием подземных вод, заболоченностью, а также преобладанием лесной растительности, формирующейся на песчаных почвах [2-3].

В 1992 году на Международной конференции ООН в Рио-де-Жанейро была провозглашена концепция устойчивого развития лесного хозяйства, в которой отмечена необходимость сохранения лесов и впервые для этой отрасли обозначены понятия устойчивого использования ресурсов. На сегодня одним из основных видов разрушительного воздействия на лесные экосистемы является горнодобывающая деятельность, следствием которой является уничтожение лесных фитоценозов и девастация земель. За последние годы на Украине высокие темпы роста добычи наблюдались в группе полезных ископаемых для строительства (песок, глина и т.д.) [4].

В лесных массивах Малого Полесья в течение 60 лет осуществляется добыча песка строительного, который представлен по всей территории месторождениями аллювиальных и водноледниковых песков в виде отдельных площадей или холмов-дюн, покрытых сосновыми лесами. При близком залегании грунтовых вод (что особенно характерно для восточной части Малого Полесья) в местах карьерных выемок образовались водоемы, по своим морфометрическим характеристикам похожие на озера [6], с нарушенными компонентами лесной экосистемы вокруг карьерного поля, среди которых наиболее глубоким изменениям подверглись фитоценоз и эдафотоп. Эти водоемы - техногенные озера - явились причиной нарушения континууму лесной растительности, что обусловлено не только возникновением водной среды, а и образованием экотонной зоны между лесной екосистемой и озером, представляющей собой стерильный неоекотоп. Т.е. фактически на месте природной экосистемы сформировалась техногенная, которая под влиянием внешних абиотических и биотических факторов проходит свой особый путь развития. С течением времени на прибережных участках сформировался новый растительный покров, что в свою очередь инициировало развитие почвенных процессов в новых условиях, которые определялись параметрами образовавшегося фитоценоза.

Сегодня проводятся исследования по проблемам восстановления и динамики растительности, а также ее влияния на процессы почвообразования в сухих карьерных выработках с различными комбинациями литологических и биоклиматических условий [6-8]. В то же время данные об указанных процессах для водных карьеров почти отсутствуют, что обусловливает актуальность исследований.

В связи с этим, целью данной работы было изучение процессов восстановления эдафотопа лесной экосистемы, подвергшегося различным степеням девастации в результате добычи песка земснарядами в условиях водного карьера. эдафотоп лесной девастация экосистема

Материал и методы. Изучения процессов восстановления эдафотопа проводилось в условиях средней пространственной шкалы, для этого были заложены две трансекты протяженностью 100 м от уреза воды техногенного озера, расположенного в Хмельницкой области (Украина) на территории Стриганского лесничества (50є18ґ30ґґN, 26є46ґ0ґґЕ), до границы лесного массива, который не попадал под влияние карьерных разработок. Первая трансекта - на участке с полностью разрушенным растительным и почвенным покровом (карты намыва песка - территория, на которую насосом подается водно-песчаная смесь, откачиваемая из дна водоема, для последующей фильтрации и удаления воды), вторая - на участке с частично нарушенной растительностью и почвой (отвалы карьера). Расстояние между пробными площадками в трансекте составляло 10 м. На этих площадках определялись структура и масса опада фитоценоза, для чего в трехкратной повторности собиралась вся растительность на учетных площадках размером 1 м². Там же отбирались пробы для определения фитомассы травяного яруса; учет корневых масс травянистых растений производился методом монолитов размером 25х25х10 см (высота монолита определялась глубиной распространения корней, которая составляла на исследуемой территории не более 10 см) с отмывкой на ситах [9]. Влажность почвенного грунта определяли влагомером МГ-44.

Проявление процесса первичного почвообразования, который, как правило, морфологически не выраженный или выраженный слабо, изучали методом аналитической фиксации косвенного показателя - содержание гумуса согласно ГОСТ 26213-8.

Результаты и их обсуждение. Территория исследования представляет собой экотон - переходную зону между сосновым лесом, который рос здесь до начала добычных работ, и техногенных озером. В связи с этим, процессы самозаростания сопровождались взаимопроникновением видов прибрежно-водных растений и растений влажных лесов. Подавляющее число видов в исследованной флоре приходится на растения, которые относятся к прибрежно-водной группе, что свидетельствует о достаточно активном процессе сингенетической сукцессии.

Вместе с тем, участки с разной степенью девастации имеют существенные различия в видовом многообразии, строении и продукции фитоценозов (таблица 1). Так, участки первой трансекты расположены на бедном песчаном грунте, который подвергается ветровой и водной эрозии, в связи с чем, травяная растительность на них малоразвита. Фитоценоз представлен сосной обыкновенной, посадки которой были осуществлены после окончания эксплуатации карьера без предварительных рекультивационных работ. Отмечается пятнисто-зарослевая стадия освоения травянистыми породами. Склоновые участки 1-4 представлены древостоем из молодых сосен, подлесок здесь отсутствует, травяной ярус бедный. На участках 5-10 травяной ярус уже достаточно развит, на участках 3-4 образовался слаборазвитый подлесок. Мозаичные проявление травянистой растительности и мха, по нашему мнению, связаны с особенностями микрорельефа екотона, поскольку в микроложбинах, формирующихся на разных расстояниях от уреза воды, создаются более благоприятные условия для их развития. В то время как с поверхности микровозвышенностей песчаных грунтов семена однолетних трав могут смываться. Участки второй трансекты, в меньшей степени подвергшиеся разрушению, характеризуются сосновым древостоем с примесью ольхи черной, развитым подлеском и травяным ярусом, который на участках 1-2 незначительный, а на последующих участках увеличивается как по видовому составу, так и продукции.

Аккумулятором органики, который обеспечивает процесс почвообразования в лесах, является опад, связывающий обменными процессами фитоценоз и почву. Согласно таблицы 1 структура опада существенно отличается как на участках вдоль одной трансекты, так и на идентичных участках двух трансект.

Таблица 1 - Характеристика опада на участках трансект

Наблюдается усложнение состава опада на участках от берега до лесного фитоценоза, который не подвергался влиянию карьера, причем на первой трансекте наиболее бедные по содержанию опада участки распространены на расстоянии до 40 м от уреза воды, на второй трансекте - до 20 м.

Масса опада на соответствующих участках второй трансекты в 2,1-7,0 раз больше, чем на аналогичных участках первой. Наибольший разрыв в 4,0-7,0 раз характерный для первой половины трансекты, граничащей с озером, что обуславливается меньшей интенсивностью фитогенеза на более девастированных участках, во второй половине он не превышает 2,1-2,9 раза. На обоих трансектах по мере удаления от водоема масса опада значительно увеличивается: на 82 % - в первой трансекте и на 60 % - во второй.

Травяной ярус вносит существенный вклад в формирование опада хвойных фитоценозов, в связи с чем определялись массы его надземной и подземной частей (таблица 2).

На пробных участках первой трансекты вклад надземной части фитомассы травяного яруса в опаде колеблется в диапазоне 26-56 %, причем на участках 1-7 он составляет не более 26-38 %. На участках, граничащих с лесным массивом и характеризующихся развитым травяным ярусом (8-10), этот показатель составляет 50-56 %, что свидетельствует о значительной его роли в формировании опада в нарушенном карьерной деятельностью эдафотопе лесной экосистемы в условиях Малого Полесья. На участках второй трансекты вклад надземной части фитомассы травяного яруса в опаде более равномерный и составляет 39-55 %.

Таблица 2 - Фитомасса травяного яруса, кг/м²

На участках 1-6 первой трансекты наблюдается значительное превышение массы подземной части травяного яруса над надземной в среднем в 4 раза, что характерно для степных экосистем [10], а также систем, подвергшимся техногенным девастациям [11]. На участках 7-10 это соотношение составляет 1,0-1,3 раза. Во второй трансекте превышение массы подземной части над надземной составляет 1,1-2,68 раза.

Видовой состав и динамика накопления фитомассы в большей степени определяются условиями увлажнения. Кроме того, влажность грунта является одним из важнейших абиотических факторов, влияющих на процессы трансформации опада в подстилку и далее вовлечение ее в процессы гумусообразования. Проведенные нами измерения относительной влажности грунта на участках двух трансект показали, что на более девастированных участках первой трансекты этот показатель меньше, чем во второй, что связано с меньшей водоудерживающей способностью песков, которые согласно полученным данным, относятся к группе маловлажных (рисунок 1). По мере удаления от берега влажность увеличивается и достигает значения, характерного для данной территории.

Рисунок 1 - Относительная влажность грунта на участках первой трансекты

То есть, вероятно, увеличение влажности грунтов в прибрежной зоне в непосредственной близости от водоема не наблюдается за счет плохой водоудерживающей способности песков.

В начале второй трансекты относительная влажность несколько больше, чем в первой и далее продолжает повышаться (рис. 2) несмотря на удаления от техногенного озера, скорее всего, за счет удерживания влаги фитоценозом, характеризующимся трёхъярусными строением с хорошо развитым подлеском и травяным покровом.

Рисунок 2 - Относительная влажность грунта на участках второй трансекты

Это дает возможность утверждать про позитивный фитомелиоративный эффект на составляющие эдафотопа лесной растительности, образующейся в результате природного восстановления в экотонной зоне между лесом и озером. На расстоянии приблизительно 70 м от водоема его влияние начинает уменьшаться и в конце трансекты влажность становится такой же, как и впервой трансекте и соответствует зональному значению. Варьирование относительной влажности на соседних участках вдоль каждой трансекты объясняется особенностями микрорельефа, образовавшегося в результате технологических операций во время эксплуатации, а также тем, что после окончания работы карьера планировка (выравнивание) прибрежной зоны не проводилась. Поэтому в микроложбинах влажность несколько больше, чем на микровозвышенностях.

Средообразующие свойства фитоценозов обуславливают инициирование первичных процессов почвообразования, являющихся ведущими в восстановлении нарушенных эдафотопов. Их проявление на первых этапах, как правило, морфологически слабо выражено, однако может диагностироваться путем фиксации косвенного показателя - содержание гумуса. Результаты определения среднего содержания гумуса в грунтах экотонной зоны представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Среднее содержание гумуса в грунтах

Графическая интерпретация полученных данных свидетельствует о том, что с увеличением расстояния от техногенного озера содержание гумуса в целом увеличивается по двум трансектам, при этом более интенсивно процесс начинает проявляется с четвертого участка, что говорит о наиболее значительном техногенном воздействие и глубокой девастации на территории до 40 м по периметру водоема от уреза воды.

В то же время, на соответствующих участках второй трансекты содержание гумуса в 1,3-3,6 раза больше, чем на участках первой, что согласовывается с данными по составу и массе опада. Т.к. в первой трансекте подлесок практически отсутствует, а травяной ярус малоразвит, то и поступление орагнического вещества с опадом ограничено. Кроме того, неблагоприятными являются условия его деструкции, поскольку влажность на этих участках относительно небольшая.

Заключение. Восстановление едафотопах лесных экосистем Малого Полесья, пострадавших от добычи песка в условиях водного карьера земснарядами, происходит в результате сингенетические процессов накопления растительного вещества и гумусообразования. При этом формирование растительного и почвенного покрова на исследуемых нарушенных участках происходит под влиянием окружающих высокопродуктивных лесных экосистем, являющихся банком семян.

Полученные данные свидетельствуют о прямой зависимости содержания гумуса, значение которого колеблется от 0,95 до 2,98 мг/кг для первой трансекты и 3,4-4,9 мг/кг - для второй, от структуры и количества опада. На участках от берега до лесного фитоценоза, который не подвергался влиянию карьера, наблюдается усложнение состава опада и увеличение его массы - до 82 % на первой трансекте и до 60 % - на второй. В формирование опада существенный вклад вносит травяной ярус.

Проведенные нами измерения относительной влажности грунта на участках двух трансект показали, что на более девастированных участках первой трансекты этот показатель меньше, чем во второй трансекте, что связано с меньшей водоудерживающей способностью песков, которые согласно полученным данным, относятся к группе маловлажных.

Таким образом, сравнение процессов гумусонакопления на участках с различной степенью девастации дает возможность прогнозировать его интенсификацию при постепенном формировании травяного яруса, положительно влияющего, как на количество опада, так и на условия его разложения.

Список использованной литературы

[1] Чиж О. Природа Малого Полісся: своєрідність та проблеми охорони / О. Чиж // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка.- 2010. - № 1. - С. 144 - 148.

[2] Кучерявий В. П. Фітоценотична структура сосняків Малого Полісся / В. П. Кучерявий, К. С. Брунець, Р. І. Мисяк, В. В. Попович // Науковий вісник НЛТУ України. - 2010. - Вип. 20.14. - С. 18 - 21.

[3] Петрова Л. М. Структурне різноманіття лісів Малого Полісся / Л. М. Петрова, С. В. Петров, І. М. Пацура // Науковий вісник НЛТУ України. - 2008. - Вип. 18.8. - С. 80 - 87.

[4] Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні у 2010 році / Бистрякова Ю.І., Стащук А.І. - К. : Центр екологічної інформації, 2011. - 254 с.

[5] Міронова Н. Г. Еколого-морфологічна характеристика техногенних озер східної частини Малого Полісся / Н. Г. Міронова // Науковий вісник НЛТУ України. - 2011. ? Вип. 21.15. - С. 86-90.

[6] Абакумов Е.В. Гумусовое состояние почв заброшенных карьерно-отвальных комплексов Ленинградской области / Е.В. Абакумов, Э.И. Гагарина // Почвоведение. - 2008. - № 3. - С. 287-298.

[7] Пуртова Л.Н. Запасы растительного органического вещества и процессы гумусонакопления в почвах техногенных ландшафтов на юге Приморья / Л.Н. Пуртова, Л.А. Сибирина, О.В. Полохин // Фундаментальые исследования. Биологические науки. - 2012. - № 3. - С. 535-538.

[8] Stanisіaw Kowalik, Jerzy Wуjcik. Symptomy rozwoju procesu glebotwуrczego pod mіodymi zalesieniami rekultywacyjnymi na sp№gu wyrobiska Kopalni Piasku „Szczakowa” // Inzynieria srodowiska. Tom 10. - Zeszyt 2. - 2005. - 185 - 194.

[9] Родин Л.Е. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах / Л.Е. Родин, Н. П. Ремезов, Н.И. Базилевич. - Л. : «Наука», 1967. - 145 с.

[10] Якутин М.В. Запасы углерода в подземной фитомассе, микробобиомассе и гумусе сухих степей Убсунурской котловины / М.В. Якутин, И.П. Романова // Глобальный мониторинг и Убсунурская котловина. М. : Интеллект, 1996. С. 30-33.

[11] Швабенланд И.С. Структура и запасы лабильного органического вещества на отвалах вскрышных пород Изыхского каменноугольного месторождения республики Хакасия / И.С. Швабенланд // Технические науки в России и за рубежом : материалы II междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). - М. : Буки-Веди, 2012. - С. 158-161.

Размещено на Allbest.ru