Вплив сукцесіиних процесів на відтворення порушених земель в межах Яворівського сірчаного кар'єру Львівської області

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив сукцесіиних процесів на відтворення порушених земель в межах Яворівського сірчаного кар'єру Львівської області

М.Л. Копій

Анотація

Проведено аналіз переважаючої рослинності на території дослідних ділянок Яворівського сірчаного кар'єру. Досліджено особливості сукцесійних процесів на девастованих ґрунтах у межах підземного видобутку сірки та відвалів аналізованого кар'єру. Визначено видовий склад рослинних угруповань та встановлено особливості їх впливу на появу деревних видів. Вивчено вплив підросту берези повислої та сосни звичайної на накопичення органічної речовини в межах рекультивованих ділянок, зміну фізико-механічних властивостей сформованих ґрунтосумішей та появу тіньовитривалих трав'яних видів під кронами дерев і, як наслідок, формування складнішого за видовим складом рослинного угруповання за участі деревних і трав'яних видів - березово-сосново-осоково-мохової рослинної асоціації. З'ясовано вплив лісових культур за участю сосни звичайної на формування стійкого сосново-мітлицево-ожиново-мохового рослинного угруповання з домінуванням сосни звичайної, ожини сизої, щитника чоловічого, моху зозулин льон звичайний, плевроція Шребера та інших видів. Виокремлено первинні сингенетичні та ендоекогенетичні сукцесії, які характеризуються ускладненням будови рослинного покриву, виразною ярусністю, стабільністю і продуктивністю, що зумовлено сформованими екологічними умовами та антропогенним впливом. Відзначено, що продуктивність рослинних угруповань, які сформувались у межах певного регіону, та величина щорічного опаду визначають обсяг ОР, який буде продукуватись за цих ґрунтово-гідрологічних умов. Досліджено, що на території Яворівського сірчаного кар'єру накопичення найбільшого вмісту ОР (до 2,5 %) у верхньому прошарку ґрунту від 0 до 10 см спостерігають на дослідній ділянці ПЯ 8 - соснове насадження в межах підземного видобутку сірки № 2. Дещо менше (до 2,1 %) накопичується ОР у цьому ж прошарку на ПЯ 5 - лука в межах підземного видобутку № 1 і на ПЯ 9 - березова куртина біля дамби (до 2 %). Найменше ОР (до 0,8 %) в аналізованому горизонті відзначено на ПЯ 4 - соснове насадження та ПЯ 10 - соснова куртина біля дамби. рослинний сірчаний кар'єр

Ключові слова: сукцесії; девастовані ґрунти; рослинні угруповання; органічна речовина; сингенетичні сукцесії; ендоеко- генетичні сукцесії.

Вступ

На сучасному етапі розвитку фітоценології найпоширенішим є визначення сукцесії як процесу незворотної реорганізації фітоценозу, яка провадить до зміни одних ценозів іншими на певній ділянці незалежно від характеру і природи чинників впливу (Mirkin, 1985; Mirkin & Rozenberg, 1983; Mironova, 2012; Odum, 1986).

З огляду на особливості техногенних новоутворень сірчаних родовищ, процес формування і подальший розвиток рослинного покриву розглядають як первинні сукцесії, котрі за своєю природою є сингенетичними та ендоекогенетичними. Сингенетичні сукцесії зумовлюються заселенням рослин та їх розмноженням і не супроводжуються істотними змінами екологічної ситуації. Для розвитку ендоекогентичних сукцесій потрібна наявність сформованого фітоценозу, сингенез може відбуватися на субстратах, позбавлених рослинного покриву. Незважаючи на те, що ці два типи сукцесій різняться за своєю природою, вони здебільшого реалізуються паралельно, хоча і з деяким відставанням ендоекогенезу. Ендоекогенетичні сукцесії здебільшого є неможливі без проникнення у ценоз видів рослин, відмінних за стратегією від своїх попередників (Mirkin, 1985; Semenov & Kogut, 2015). Тривалість реалізації зазначених типів сукцесій є різна. Для сингенезу властивий порівняно короткий період - у межах десятиліть. Ендоекогенетичні зміни звичайно тривають набагато довше.

Мета дослідження - провести аналіз переважаючого рослинного покриву в межах дослідних ділянок та встановити переважаючі рослинні сукцесії в межах Яворівського сірчаного кар'єру. Дослідити вплив рослинних угруповань на відтворення порушених земель.

Актуальність дослідження. ХХ ст. в Україні характеризувалось значним видобутком корисних копалин відкритим способом, який зумовив виникнення таких негативних наслідків для довкілля: деградація значних земельних територій; знищення рослинного та ґрунтового покриву; ерозійні, карстові та зсувні явища; виведення значних площ земель із господарського використання (Rabotnov, 1983; Chibrik & Elkin, 1991; Shennikov, 1964). Девастовані землі характеризуються відсутністю родючого шару, зміненим рельєфом і гідрологічним режимом, низькою продуктивністю, що зумовлює погіршення санітарно-гігієнічних та екологічних умов регіону досліджень. Відновлення девастованих територій фітомеліоративними методами - важливе завдання у процесі оздоровлення довкілля та збільшення площ рекреаційних і лісових територій. Аналіз переважаючих рослинних асоціацій досліджених територій дасть змогу контролювати процеси заростання рослинності та запропонувати оптимальний видовий склад для пришвидшення відтворення порушених територій.

Об'єкти і методи дослідження. У межах Яворівського сірчаного кар'єру було підібрано 11 дослідних ділянок із різним ступенем заростання рослинністю для аналізу переважаючих рослинних сукцесій: ПЯ 1 - рекультивована ділянка з мінімальною кількістю рослинності на території підземного видобутку сірки № 1; ПЯ 2 - рекультивована ділянка з куртинними заростями берези в межах підземного видобутку сірки № 1, ПЯ 3 - березово-соснові куртини в межах підземного видобутку сірки № 1; ПЯ 4 - штучне соснове насадження в межах підземного видобутку сірки № 1; ПЯ 5 - лука в межах підземного видобутку сірки № 1; ПЯ 6 - нерекультивована ділянка з мінімальною кількістю трав'яної рослинності в межах підземного видобутку сірки № 2; ПЯ 7 - лука в межах підземного видобутку сірки № 2; ПЯ 8 - штучне соснове насадження в межах підземного видобутку сірки № 2; ПЯ 9 - березова куртина біля дамби; ПЯ 10 - соснова куртина біля дамби; ПЯ 11 - зарості очерету біля дамби; КЯ - контроль (64-річне дубово-соснове насадження поблизу сірчаного кар'єру).

Таксономічний аналіз рослинного покриву здійснено за системою А.Л. Тахтаджяна (1972 р.). Рослинні асоціації визначено за методом В.В. Альохіна (1928 р.) (Alekhin, 1986) на підстаі домінуючих видів у кожному ярусі.

Результати дослідження. У межах рекультивованої ділянки на території підземного видобутку сірки № 1 під впливом різних екологічних та антропогенних чинників сформувалось декілька рослинних угруповань. Зокрема на аналізованій території за участю трав'яних рослин було виділено куничниково-стенактисову асоціацію (рис. 1).

Поступова зміна видового складу (куничник наземний (Calamagrostis epigeios (L.) Roth.), стенактис однорічний (Stenactis annuum (L.) Nees), підбіл звичайний (Tussilago farfara L.), золототисячник малий (Centauri- um erythraea Rafn.), кульбаба лікарська (Taraxacum officinale Wigg.)) сприяла появі самосіву берези повислої, що зумовило зміну мікрокліматичних показників і формування березово-куничниково-стенактисової рослинної асоціації.

Серед домінуючих видів тут представлені куничник наземний (Calamagrostis epigeios (L.) Roth.), стенактис однорічний (Stenactis annuum (L.) Nees), золотарник звичайний (Solidago virgaurea L.), будяк польовий (Cir- sium arvense L.) та інші види.

Поступове накопичення органічної речовини на поверхні рекультивованих ділянок, зміна фізико-механіч- них властивостей сформованих ґрунтосумішей, створили умови для подальшої експансії деревних рослин. Поява на рекультивованих ділянках самосіву берези повислої та сосни звичайної сприяла істотній зміні екологічних умов та зумовила появу трав'яних видів під кронами дерев, а як наслідок - формування складнішого за видовим складом рослинного угруповання за участі деревних і трав'яних видів березово-сосново-осоково-мо- хової рослинної асоціації. Найбільш представленими видами тут є: нечуйвітер волохатенький (Hieracium pi- losella L.), ситник розлогий (Juncus effusus L.), осока шорстка (Carex hirta L.), мітлиця тонка (Agrostis tenius Sibth.) та береза повисла (Betulapendula Roth.).

Штучно сформовані лісові культури за участі сосни звичайної на території підземного видобутку сірки № 1 сприяли появі самосіву сосни на інших ділянках та, в цьому випадку, розвитку зворотної сукцесії, коли спочатку формується деревне насадження, а потім під наметом лісових культур починає розвиватися стійке рослинне угруповання. Це дало змогу активізувати процес формування стійкого сосново-мітлицево-ожиново-мо- хового рослинного угруповання з домінуванням сосни звичайної (Pinus sylvestris L.), ожини сизої (Rubus caesi- us L.), щитника чоловічого (Dryopteris filix-mas (L.) Scott.), моху зозулин льон звичайний (Polytrichum commune Hedw.), плевроція Шребера (Pleurozium schreberi (Willd. Ex Brid.) Mitt.) та інших. Поява на рекультивованих та нерекультивованих ділянках деревних рослин сприяла істотній зміні енергетичних потоків, формуванню відповідного мікроклімату, який характеризується зміною температурних показників, вологості повітря, ґрунту та формуванням відповідного світлового режиму. За подібною схемою відбувалось формування рослинних угруповань в межах підземного видобутку сірки № 2 (рис. 2).

На відкритих ділянках поступово сформувалась ку- ничниково-нечуйвітрово-мохова рослинна асоціація з домінуванням куничника наземного (Calamagrostis epi- geios (L.) Roth.), нечуйвітра волохатенького (Hieracium pilosella L.), костриці червоної (Festuca rubra L.), цмину піскового (Helichrysum arenarium (L.) Moench), моху зозулин льон звичайний (Polytrichum commune Hedw.), яка поступово переформувалась у нечуйвітрово-різнот- равну асоціацію, де створились умови для появи самосіву сосни звичайної.

Рис. 2. Рослинні асоціації в межах підземного видобутку сірки № 2

Штучне створення соснового насадження в межах підземного видобутку сірки № 2 сприяло істотній зміні сформованих рослинних угруповань та утворенню сос- ново-ожиново-плевроцієво-ситникової асоціації. Поряд з сосною звичайною тут представлені плевроцій Шре- бера (Pleurozium schreberi (Willd. Ex Brid.) Mitt.), ожина сиза (Rubus caesius L.), суниці лісові (Fragaria vesca L.), розхідник шорсткий (Glechoma hirsute Waldst. & Kit.), ситник розлогий (Juncus effusus L.) та інші.

У межах дамби, на достатньо зволожених ділянках, відзначено формування очеретово-горошково-ожинової рослинної асоціації, у складі якої істотну роль відіграють очерет звичайний (Phragmites communis Trin.), горошок мишачий (Vicia cracca L.), стенактис однорічний (Stenactis annuum (L.) Nees), ожина сиза (Rubus caesius L.), кульбаба лікарська (Taraxacum officinale Wigg.) та горошково-хвощово-ожинова асоціація з появою поодиноких екземплярів сосни звичайної (Pinus sylvestris L.), де найбільш представленими видами є хвощ польовий (Equisetum arvense L.), ожина сиза (Rubus caesius L.), горошок мишачий (Vicia cracca L.), щучник дернистий (Deschampsia caespitosa (L.) P. Beauv.) та очерет звичайний (Phragmites communis Trin.) (рис. 3).

На підвищених формах мікрорельєфу та за помірного антропогенного навантаження відзначено формування тонконогово-нечуйвітрово-різнотравної рослинної асоціації з біогрупами берези повислої (Betula pendula Roth.). Характерними видами тут є нечуйвітер волохатенький (Hieracium pilosella L.), тонконіг лучний (Poa pratensis L.), грястиця збірна (Dactylis glomerata L.), медова трава шерстиста (Holcus lanatus L.).

На контрольній ділянці характерний для цих умов дубово-сосновий деревостан, сформований протягом 48 років, із переважанням у трав'яному покриві лісових видів, що відповідає сосново-суницево-ожиново-плевроцієвій рослинній асоціації.

На підставі аналізу особливостей формування рослинного покриву на території Яворівського сірчаного кар'єру виокремлено первинні сингенетичні та ендоеко-генетичні сукцесії, які характеризуються ускладненням будови рослинного покриву, виразною ярусністю, стабільністю і продуктивністю. Існування таких варіантів сукцесій пояснюють екологічними умовами (хімічні та фізичні властивості ґрунтового покриву, рівень зволоження) та антропогенним впливом (наявність або відсутність рекультиваційного впливу). Рослинність на пробних площах Яворівського сірчаного кар'єру сформувалась за участю різнотрав'я, злакових рослин та деревних видів, про що свідчать сформовані рослинні асоціації (таблиця).

Таблиця. Рослинні асоціації фітоценозів дослідних ділянок Яворівського сірчаного кар'єру (за В.В. Альохіним)

У межах Яворівського сірчаного кар'єру сформувався дискретно-континуальний рослинний покрив, який тяжіє до творення континуального. Тут чітко проявляється різниця між моноцентричними фітогенними полями на ділянках із дискретним рослинним покривом (ПЯ 1, ПЯ 2, ПЯ 6, ПЯ 7) та складними фітогенними полями на ділянках із багатоярусною деревно-чагарниковою рослинністю (ендоекогенетична сукцесія) (ПЯ 4, ПЯ 8, КЯ). На ділянках Яворівського сірчаного кар'єру, залежно від місця розташування, часу формування, антропогенних чинників та факторів середовища, існує тенденція об'єднання агрегацій рослин у фітоценози та групи фітоценозів.

Сформовані рослинні угруповання мають відповідний вплив на відновлення порушених земель. Внаслідок заростання техноземів трав'яною рослинністю, чагарниками та деревними породами змінились мікрокліматичні умови.

Під впливом зміни інтенсивності сонячної інсоляції, температурних показників, вологості повітря і поверхні ґрунту, інтенсифікувались процеси розкладу органічного опаду. У процесі життєдіяльності рослин активізувались різноманітні обмінні реакції, які мали істотний вплив на вміст хімічних елементів ґрунту та їх органічної складової. Проте не вся маса органічної речовини повністю мінералізується до СО 2 та води. Інша її частина проходить тривалий період видозмін і перетворюється (за сучасною парадигмою) в інертний гумус (Bedemichek & Hamkalo, 2014; Eterevskaia & Mamontova, 1975; Semenov & Kogut, 2015). Першоджерелом ґрунтової ОР є органічні рештки рослинного, тваринного та мікробного походження. Домінуюче значення серед органічних решток мають рештки зелених рослин. Відповідно, продуктивність рослинних угруповань, які сформувались у межах певного регіону, та величина щорічного опаду визначають обсяг ОР, який буде продукуватись за цих ґрунтово-гідрологічних умов. Саме порівняльний аналіз вмісту ОР у ґрунті під впливом різних рослинних угруповань дає змогу оцінити їх продуктивність і ефективність на сформованих техноземах (рис. 4).

Дослідження, які ми виконали на території Яво- рівського сірчаного кар'єру, дали змогу відзначити накопичення найбільшого вмісту ОР (до 2,5 %) у верхньому прошарку ґрунту від 0 до 10 см на дослідній ділянці ПЯ 8 - соснове насадження в межах підземного видобутку сірки № 2. Дещо менше (до 2,1 %) накопичується ОР у цьому ж прошарку на ПЯ 5 - лука в межах підземного видобутку № 1 і на ПЯ 9 - березова куртина біля дамби (до 2 %). Найменше ОР (до 0,8 %) в аналізованому горизонті відзначено на ПЯ 4 - соснове насадження та ПЯ 10 - соснова куртина біля дамби.

Дещо іншу особливість вмісту ОР ми встановили у прошарку ґрунту від 11 до 20 см, де найбільший її вміст виявлено на ПЯ 5 - лука в межах підземного видобутку сірки № 1. Найвищий показник вмісту ОР (до 0,9 %) у прошарку 31-40 см відзначено у заростях очерету біля дамби (ПЯ 11) та у сосновому насадженні (до 0,8 %) на території підземного видобутку сірки № 1, що свідчить про досить істотний перерозподіл органічної речовини вздовж профілю ґрунту.

Висновки. Внаслідок впливу екологічних та антропогенних чинників на території Яворівського сірчаного кар'єру виокремлено первинні сингенетичні та ендоеко- генетичні сукцесії.

Тут відзначено існування різних рослинних асоціацій (куничниково-стенактисова, березово-куничнико- во-стенактисова, березово-сосново-осоково-мохова, сосново-мітлицево-ожиново-мохова, подорожниково-різ- нотравна, куничниково-нечуйвітрово-мохова, нечуйвітрово-різнотравна, сосново-ожиново-плевроцієво-ситни- кова), що зумовили істотний вплив на процеси відтворення ґрунтів, мікрофлори та формування мікроклімату.

Сформовані на дослідних ділянках Яворівського сірчаного кар'єру рослинні асоціації істотно впливають на перерозподіл органічної речовини вздовж профілю техноземів. Встановлено, що найвищим вмістом органічної речовини у верхньому прошарку ґрунту (до 10,0 см) відзначаються пробні площі ПЯ 8 - соснове насадження (до 2,5 %), ПЯ 5 - лука (до 2,1 %), ПЯ 9 - березова куртина біля дамби (до 2 %).

Перелік використаних джерел

1. Alekhin, V. V. (1986). Teoreticheskie problemy fitotcenologii i stepo- vedeniia. Moscow: Publishing Mosk. un-ta, 216 p. [In Russian]. Bedemichek, T. Yu., & Hamkalo, Z. H. (2014). Labilna orhanichna rechovyna gruntu: teoriia, metodolohiia, indykatorna rol. Kyiv: Kondor, 180 p. [In Ukrainian].

2. Chibrik, T. S., & Elkin, Iu. Ia. (1991). Formirovanie fitotcenozov na narushennykh promyshlennostiu zemliakh (biologicheskaia rekulti- vatciia). Sverdlovsk: Publishing Ural. un-ta, 220 p. [In Russian]. Eterevskaia, L. V., & Mamontova, E. G. (1975). Kachestvennyi sostav gumusa i mikromorfologiia primitivnykh pochv na lessovykh otva- lakh. Rekultivatciiazemel, (pp. 250-257). Tartu. [In Russian]. Mirkin, B. M. (1985). Teoreticheskie osnovy sovremennoi fitotcenologii. Moscow: Science, 136 p. [In Russian].

3. Mirkin, B. M., & Rozenberg, G. S. (1983). Tolkovyi slovar sovremennoi fitotcenologii. Moscow: Science, 133 p. [In Russian].

4. Mironova, N. H. (2012). Fitomelioratyvni vlastyvosti roslynnosti tekhnohennykh vodoim kulturfitotsenoziv skhidnoi chastyny Malo- ho Polissia. (Ser. Lisivnytstvo i dekoratyvne sadivnytstvo). Naukov- yi visnykNUBiP Ukrainy, 171(3), 71-76. [In Ukrainian].

5. Odum, Iu. (1986). Osnovy ekologii. (Vol. 1, 2). Moscow: Mir, 360 p. [In Russian].

6. Rabotnov, T. A. (1983). Fitotcenologiia. Moscow: Publishing MGU, 296 p. [In Russian].

7. Semenov, V. M., & Kogut, B. M. (2015). Pochvennoe organicheskoe veshhestvo. Moscow: GEOS, 233 p. [In Russian].

8. Shennikov, A. P. (1964). Vvedenie v geobotaniku. Leningrad: Publishing LGU, 447 p. [In Russian].

Размещено на Allbest.ru