Екологічний склад рослинних угруповань техногенних екотопів відвалів Кривбасу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Криворізький державний педагогічний університет, Україна

Екологічний склад рослинних угруповань техногенних екотопів відвалів Кривбасу

Маленко Яна Вячеславівна

канд. біол. наук, доцент, доцент кафедри ботаніки та екології Поздній Євген Валентинович

асистент кафедри ботаніки та екології, військовослужбовець

Верба Діана Дмитрівна

здобувач вищої освіти природничого факультету

Анотація

Розглянуто особливості екологічного складу серійних рослинних угруповань техногенних екотопів відвалів «2-3» ПАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг», які розташовані у південно-західній зоні Кривбасу. Побудовані загальні та деталізовані за частинами (зонами) техногенного урочища (підніжжя, схили, тераси, платоподібна вершина) спектри біоморф та екоморф. Визначено провідну роль у відновленні рослинності відвалів трав'янистих покритонасінних рослин, рудерантів, рудеральних степантів, ксеромезофітів і мезоксерофітів, геліофітів, гемікриптофітів і терофітів, мезотрофів. Вивчено специфіку змін співвідношень екоморф у спектрах угруповань рослин різних стадій природного заростання відвалів.

Ключові слова: рослинне угруповання, техногенний екотоп, відвал, спектр, біоморфа, екоморфа. рослинний рудерант техногенний

Усе різноманіття живих організмів можна розглядати як в аспекті їхніх генетичних зв'язків, що на теперішній час є традиційним підходом систематики, так й в аспекті їх функціонально-структурної схожості, тобто екоморфічної подібності, що виникає еволюційно. Склад та спектри життєвих форм - функціональна характеристика екосистем, причина та наслідок взаємокооперації видів у певному біогеоценозі: причина - тому, що екоморфи уможливлюють співіснування різних видів у певних екологічних нішах, а наслідок - тому, що лише за збереження досягнутих станів життєвих форм (біоморф, екоморф) забезпечується стійкість як екосистеми загалом так і кожного її компонента. З еволюційного погляду, процес розвитку живої речовини може розглядатися як набуття біосистемами адаптивних властивостей, втіленням яких виступає певна життєва форма [3, 4, 5].

Аналіз угруповань рослин техногенних екотопів як множини різноякісних, закономірно організованих життєвих форм (біоморф, екоморф) дозволяє, вивчаючи організованість структури та композитність екоморф, отримувати інформацію щодо середовища їхнього існування або, навпаки, знаючи динаміку параметрів останнього та враховуючи темпоральність й адаптивність стратегій, відтворювати гіпотетичний склад угруповань, здатних до існування в певних умовах конкретного середовища [3, 6].

Відвали гірничозбагачувальних комбінатів - невід'ємний елемент індустріального ландшафту Криворізького промислового регіону. Кожен з них, як індивідуальний своєрідний конгломерат гірських порід, складне урочище поліфаціального (поліекотопічного) типу, суміщає в своїх межах серійні угруповання рослин, що відбивають послідовність (фазність, стадійність, серійність) відновлення природного рослинного покриву, темпи і спрямованість цього розвитку, засвідчують індикаційну роль рослинності.

Мета досліджень полягала у встановленні особливостей екологічного складу серійних рослинних угруповань техногенних екотопів відвалів «2-3» Кривбасу. Екологічний аналіз здійснювався відповідно до загальноприйнятих методик з використанням засад теорії еколого-таксономічних спектрів, фундаментальних видань, конспектів флори, монографій [1,2, 3, 7].

Рослинні угруповання техногенних екотопів відвалів уявляють собою сукупності рослинних організмів, які розвиваються в специфічних умовах техногенно зміненого середовища на площах зведеного чи сильно трансформованого ґрунтового покриву. Існування та розвиток цих угруповань багатообумовлено специфікою техногенних екотопів з великою розбіжністю механічних, фізико-хімічних, термічних, гідрологічних, трофічних властивостей субстратів, рельєфних утворень, залежних від особливостей гірських порід, будови, форми, наявності нано- та мікроутворень, гравітаційних явищ осипання, розвитку вітрової та водної ерозії, орієнтації у просторі техногенного об'єкту, специфіки виробничих циклів складування порід, промислового забруднення, наявних шляхів комунікацій тощо.

Відвали «2-3» ПАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг», які розташовані у південно- західній зоні Кривбасу, належать до залізничних, старих (понад 50 років) і, одночасно, змішаних за віком відсипки, великих за площею (понад 527 га), ємних за об'ємом порід (750 млн. т), високих (від 120 м), платоподібних, терасованих, багатоярусних, змішаних за складом порід, неоднорідних за характером поверхні, частково рекультивованих, діючих, тобто складування яких продовжується, змішано (переважно мало-, середньо- та достатньо) рослиннопридатних. Рослинний покрив неоднорідний, мозаїчний, характеризується суміщенням в межах урочища серійних рослинних угруповань різних стадій і фаз природного заростання, які відповідають початковим стадіям сингенезу (піонерній (рудеральній) та пирійній (кореневищних злаків)). Лише на деяких ділянках підніжжя відвалів розвиваються угруповання різних фаз перехідно-степової стадії відновлення рослинного покриву.

На площі відвалів «2-3» зареєстровано 184 види покритонасінних рослин, які належать до 132 родів 35 родин. Значно переважають у кількісному відношенні види класу Magnoliopsida, які налічують 158 видів 112 родів 32 родин.

Вивчення біоморфологічного складу та побудова спектрів біоморф за загальним габітусом і тривалістю життєвого циклу рослин угруповань відвалів «2-3» південно-західної зони Кривбасу дозволяє констатувати значну перевагу трав'янистих покритонасінних видів, які складають 88,04% загальної кількості видів угруповань рослин техногенних екотопів (162 види) (рис. 1). До трав'янистих багаторічників належать 78 видів (42,39%), трав'янистих однорічників - 54 види (29,35%), дворічників - 30 видів (16,30%). На інші групи рослин, що поєднують деревно-чагарникову рослинність припадає 11,96% загальної кількості видів рослинних угруповань техногенних екотопів відвалів: дерева - 15 видів (8,1 5%) (акація біла (Robiniapseudoacacia L.), абрикос звичайний (Armeniaca vulgaris Lam.), груша звичайна (Pyrus communis L.), яблуня лісова (Malus sylvestris Mill.) клен ясенолистий (Acer negundo L.), клен татарський Acer tataricum L.), клен несправжньоплатановий (явір) (Acer pseudoplatanus L.) тополя чорна (Populus nigra L.), тополя біла (Populus alba L.), маслинка срібляста (Elaeagnus argentea Pursch.), маслинка вузьколиста (Elaeagnus angustifolia L.), ясен звичайний (Fraxinus excelsior L.), в'яз граболистий (Ulmus minor Mill.), береза повисла (Betula pendula Roth.), гледичія колюча (Gleditsia triacanthos L.)), чагарники - 3 види (1,63%) (шипшина собача (Rosa canina L.), глід обманливий (Crataegus fallacina Klokov.), жостер проносний (Rhamnus cathartica L.)), напівчагарники (напівдеревні) рослини - 4 види (2,18%) (полин австрійський (Artemisia austriaca Jacq), чебрець Маршаллів (Thymus marschallianus Willd.), віниччя сланке (Kochia prostrata (L.) Schrad.), гвоздика дельтовидна (Dianthus deltoides L.)).

Спектр біоморф за структурою кореневих систем відбиває домінування стрижнекореневих покритонасінних рослин, що наведені 144 видами (78,26%). 39 видів (21,20%) мають китицеву (мичкувату) структуру кореневої системи. 1 вид (0,54%) - рослина без коренів (повитиця польова (Cuscuta campestris Yunck.)).

Рис. 1. Спектр біоморф за

тривалістю життєвого циклу рослин.

Рис. 2. Спектр біоморф за структурою кореневої системи рослинних видів.

Обстеження рослинного покриву відвалів вказує на широке розповсюдження рудерантів, які складають 33,15% ценоморфічного спектру

покритонасінних рослин (61 вид). Степантами (степовими рослинами) є 27 видів (14,67%), рудеральними степантами - 34 види (18,48%), пратантами

(лучними видами) - 11 види (5,97%), рудеральними пратантами - 19 видів (1 0,33%), палюдантами - 5 видів (2,72%) (очерет звичайний (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Stend.), лепешняк складчастий (Glyceria notata Chevall.), частуха подорожникова (Alisma plantago-aquatica L.), ситняг болотний (Eleocharispalustris (L.) Roem.), цикута отруйна (Cicuta virosa L.)), галофітами - 5 видів (2,72%) (латук солончаковий (Lactuca saligna L.), солончакова айстра звичайна (Tripolium vulgare Nees), буркун зубчастий Melilotus dentatus (Waldst.et Kit.) лутига лежача (Atriplex prostrata Boucher.ex DC.), лещиця пронизанолиста (Gypsophila perfoliate L.), сільвантами (лісовими рослинами) - 11 видів (5,97%), рудеральними сільвантами - 4 види (2,18%) (клен ясенолистий (Acer negundo L.), (маслинка вузьколиста (Elaeagnus angustifolia L.), підмаренник чіпкий (Galium aparine L.), собача петрушка звичайна (Aethusa cynapium L.)), культурантами (рослинами культурних фітоценозів) - 7 видів (3,81%) (айстра верболиста (Aster salignus Willd.), рижій посівний (Camelina sativa (L.) Crantz), люцерна посівна (Medicago sativa L.) і в тому числі чотири культурні сільванти (абрикос звичайний (Armeniaca vulgaris Lam.), груша звичайна (Pyrus communis L.), клен несправжньоплатановий (Acer pseudoplatanus L.), гледичія колюча (Gleditsia triacanthos L.)) (табл. 1).

Таблиця 1

Спектри екоморф угруповань рослин техногенних екотопів відвалів «2-3»

Залежно від особливостей пристосування до умов зволоження екотопів рослини відвальних новоутворень поділяються на такі групи : еуксерофіти - 5 видів (2,72% загального спектру гігроморф (полин австрійський (Artemisia austriacaJacq.), латук компасний (Lactuca serriola L.), латук татарський (Lactuca tatarica (L.) C.A. Mey), віниччя сланке (Kochia prostrata (L.) Schrad.), дивина фіолетова (Verbascum phoeniceum L.), ксерофіти - 18 видів (9,78%), ксеромезофіти - 69 видів (37,50%), мезоксерофіти - 52 види (28,26%), мезофіти - 32 види (17,38%), мезогігрофіти - 4 види (2,18%) (очерет звичайний (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Stend), частуха подорожникова (Alisma plantago-aquatica L.), ситняг болотний (Eleocharis palustris (L.) Roem.), солончакова айстра звичайна (Tripolium vulgare Nees)), гігрофіти - 4 види (2,1 8%) (лепешняк складчастий (Glyceria notata Chevall), плоскуха звичайна (Echinochloa crus-galli (L.) Beauv.), цикута отруйна (Cicuta virosa L., мильнянка лікарська (Saponaria officinalis L.)). Рослини сухих місцевиростань, до яких належать види перших чотирьох груп, поєднують 144 види (78,26% загального гігроморфічного спектру видів угруповань відвалів «2-3»), а рослини, які обирають місцевиростання з надлишком вологи, - лише 8 видів (мезогігрофіти та гігрофіти) (див. табл. 1).

Дослідження відношення рослин техногенних екотопів відвальних урочищ до умов освітлення вказує на абсолютну перевагу облігатних світлових рослин (геліофітів), які налічують 67,39% спектру геліоморф (124 види). Факультативними світловими рослинами (сціогеліофітами, світловитривалими видами) є 55 видів (29,89%), а факультативними тіньовими (геліосціофітами чи тіньовитривалими рослинами) - 5 видів (2,72%) (підмаренник чіпкий (Galium aparine L.), в'яз граболистий (Ulmus minor Mill.), собача петрушка звичайна (Aethusa cynapium L.), яблуня лісова (Malus sylvestris Mill.), собача кропива п'ятилопастева (Leonorus villosus Desf.6x D'Uvr.)). В межах техногенних екотопів обстежених відвалів взагалі відсутні сціофіти (тіньолюбиві рослини).

Вивчення складу клімаморф (раункієрівських життєвих форм) рослинних угруповань промислових відвалів дозволяє констатувати, що 76 видів покритонасінних рослин (41,30% клімаморфічного спектру угруповань відвалів) є гемікриптофітами, 65 видів (35,33%) - терофітами, 21 вид (11,41%) -криптофітами, 4 види (2,18%) - хамефітами (гвоздика дельтовидна (Dianthus deltoides L.), віничча сланке (Kochia prostrata (L.) Schrad.), чебрець Маршаллів (Thymus marschallianus Willd.), полин австрійський (Artemisia austriaca Jacq.)), 18 видів (9,78%) - фанерофітами, з яких 3 види нанофанерофіти (шипшина собача (Rosa canina L.), глід обманливий (Crataegus fallacina Klokov.), жостер проносний (Rhamnus cathartica L.)).

132 види рослинних угруповань техногенних екотопів відвалів «2-3» (71,75% спектру трофоморф) є мезотрофами - мешканцями субстратів середньої трофності, 27 видів (14,67%) - мегатрофами - мешканцями родючих грунтів, 24 види (13,04%) - оліготрофами - рослинами, які здатні існувати на субстратах низької трофності. Один вид (Cuscuta campestris Yunck.) - паразит (0,54%).

Порівняльний аналіз ценоморфічних спектрів рослинних угруповань різних частин (зон) обстежених відвалів свідчить, що виразно превалюють в усіх спектрах рудеранти, на долю яких припадає 43,08% загального ценоморфічного спектру угруповань схилів, 38,79 % - платоподібної площі, 38,30% - ділянок підніжжя, 28,57% - терас. Спектр ценоморф угруповань терас відзначає також найвища участь степантів (20,41%), пратантів (10,20%), палютантів (4,08%) та культурантів (5,10%). Доля галофітів найбільш вагома у ценоморфічних спектрах плато (2,59%), рудеральних пратантів та рудеральних сільвантів - підніжжя відвалів (відповідно 12,77% та 4,25%), сільвантів - плато, за рахунок ділянок старої відсипки, та підніжжя (відповідно 6,04% та 5,32%).

Аналіз гігроморфічних спектрів відбиває домінування ксеромезофітів у різних частинах відвалів, на долю яких припадає від 55,32% загального спектру гігроморф угруповань підніжжя, 53,85% - схилів, 49,14% - плато, 47,96% - терас. Найвища участь ксерофітів характеризує спектри гігроморф плато (12,07%) і терас (8,16%), еуксерофітів - підніжжя (4,25%) та терас (4,08%), мезоксерофітів - схилів (21,54%) і терас (15,31%), мезофітів - підніжжя (19,15%) та плато (18,11%), мезогігрофітів і гігрофітів - терас (відповідно 4,08% та 3,06%).

Суттєву перевагу у спектрах геліоморф усіх частин відвалів мають геліофіти, які становлять від 72,45% загального геліоморфічного спектру угруповань терасованої площі, 76,60 - підніжжя, 76,72% - плато та 78,46% - схилів. Найвагоміша участь сціогеліофітів у спектрах геліоморф терас (25,51%) та плато (22,41%), а геліосціофітів - підніжжя (3,19%) і терас (2,04%).

Переважна більшість видів спектрів клімаморф є гемікриптофітами й терофітами. Клімаморфічний спектр угруповань підніжжя відвалів відзначає найвища участь гемікриптофітів (45,74%) і фанерофітів (13,83%). Хамефіти найчисленніші у спектрах клімаморф угруповань терас (4,08%) і ділянок платоподібної вершини (2,59%), криптофіти - схилів (10,77%) і плато (10,34%), терофіти - плато (37,93%) та схилів (35,38%).

У трофоморфічних спектрах угруповань відвалів лідирують мезотрофи, які складають 57,45% загального спектру трофоморф угруповань підніжжя, 56,04% - плато, 53,85% - схилів, 52,04% - терас. Доля мегатрофів найбільша у спектрах трофоморф угруповань платоподібної вершини (34,48%) і терас (32,65%), а оліготрофів - підніжжя (15,95%) і схилів (15,38%). В угрупованнях плато й терас зареєстровано виростання паразиту (відповідно 0,86% та 1,02%).

Слід відзначити, що співвідношення певних екоморф у спектрах змінюється в процесі розвитку серійних рослинних угруповань техногенних екотопів. Угрупованням ініціальних і медіальних фаз піонерної стадії відновлення рослинності властиві звужені екоморфічні спектри, складені переважно рудерантами і рудеральними степантами, ксеромезофітами, геліофітами, терофітами і гемікриптофітами, мезотрофами. Розвиток угруповань в напряму зонального типу супроводжується розширенням екоморфічних спектрів, їхнім збагаченням як представниками різних екоморф, так і збільшенням кількості видів, здатних витримувати екотопічний добір у специфічних умовах техногенних новоутворень.

Висновки

Вивчення екологічного складу рослинних угруповань обстежених відвалів дозволило виявити наступні його особливості: 1) перевага у складі серійних рослинних угруповань техногенних екотопів трав'янистих покритонасінних видів; 2) вагома роль у відновленні рослинності техногенних новоутворень трав'янистих багаторічників та однорічників; 3) панування в угрупованнях відвалів рослин зі стрижневою структурою кореневої системи; 4) провідна роль у процесах самозаростання рудерантів, рудеральних степантів, степантів і рудеральних пратантів; 5) домінування в спектрах гігроморф ксеромезофітів і мезоксерофітів; 6) значущість у формуванні складу серійних угруповань техногенних екотопів геліофітів (облігатних світлових рослин); 7) високий відсоток участі у спектрах клімаморф угруповань відвалів гемікриптофітів і терофітів; 8) найважливіша роль у процесах природного розвитку рослинності мезотрофів; 9) варіювання співвідношень екоморф у спектрах угруповань різних частин (зон) відвалів; 10) зміни ємності спектрів екоморф (розширення, звуження) в угрупованнях різних фаз і стадій самозаростання; 11) звужені спектри екоморф піонерних угруповань з виразним домінуванням рудерантів, ксеромезофітів і мезоксерофітів, геліофітів, терофітів і гемікриптофітів, мезотрофів; 12) розширені спектри екоморф серійних угруповань проміжних стадій природного відновлення рослинності; 13) відносна стабілізація ємності екоморфічних спектрів медіальних стадій перехідно-степової стадії самозаростання за рахунок зонально притаманних морф.

Список використаних джерел

[1 ] Бельгард А. Л. (1950). Лесная растительность юго-востока УССР. Киев: КГУ.

Протопопова В. В. (1991). Синантропная флора Украины и пути ее развития. Киев: Наукова думка.

Маленко Я. В. (2001). Особливості таксономічного та екологічного складу рослинних угруповань відвалів південно-західної зони Кривбасу (дис. канд. біол. наук: 03.00.16). Дніпропетровськ, Україна.

Маленко Я. В. Еколого-таксономічні спектри - комплексні показники

організованості складу рослинних угруповань. Formation of innovative potential of world science: coll. of scientific papers «SCIENTIA» with Proceedings of the I International Scientific and Theoretical Conference. (Vol. 1, Pp. 115-120). 2021, Tel Aviv,

State of Israel: European Scientific Platform. Вилучено з:

https://doi.org/!0.36074/scientia-07.05.2021.

Маленко Я. В., Ворошилова Н. В., & Кобрюшко О. О. (2023). Проблеми

фундаментальної екології: курс лекцій. Кривий Ріг: КДПУ. Вилучено з:

https://doi.org/10.31812/123456789/7894.

Поздній Є. В., Маленко Я. В., & Кобрюшко О. О. Особливості таксономічного складу

деревно-чагарникової рослинності селища Нива Трудова. Current issues and prospects for the development of scientific research: scientific Collection «InterConf+»: with the Proceedings of the 8nd International Scientific and Practical Conference. (№39 (179). Pp. 420-428). November 19-20, 2023, Orleans, France: Вилучено з:https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.11.2023.045.

Тарасов В. В. (2005). Флора Дніпропетровської та Запорізької областей. Судинні рослини. Біолого-екологічна характеристика видів: монографія. Дніпропетровськ: Вид-во ДНУ.Размещено на Allbest.ru/