Формирование растительности на нефтезагрязненных территориях различных почвенно-климатических зон тюменской области
На правах рукописи
Хотеев Вячеслав Владимирович ФОРМИРОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ 03.00.16 - Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Тюмень-2003
Работа выполнена на кафедре ботаники и биотехнологии растений Тюменского государственного университета
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Боме Нина Анатольевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Русанов Виктор Владимирович кандидат биологических наук, Казанцева Мария Николаевна Ведущее учреждение: ГНУ Научно-исследовательский инсти тут сельского хозяйства Северного За уралья
Защита состоится “20“ марта 2003 г. в час. мин. на заседании дис сертационного совета К 212.274.03 в Тюменском государственном университе те по адресу: 625043, г. Тюмень, ул. Пирогова, 3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государ ственного университета.
Автореферат разослан «19» февраля 2003 года.
Ученый секретарь диссертационного совета С.Н.Гашев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В условиях ускоренного развития промышленного производства одними из основных и наиболее важных аспектов являются охра на и воспроизводство природных ресурсов, подвергающихся интенсивному ан тропогенному воздействию. Деятельность человека на поверхности земли при обрела масштабы геологических процессов (Экология …, 1997;
Чижов, 1998).
Прогрессивное развитие нефтегазового комплекса Тюменской области в по следнее время вовлекло в хозяйственную деятельность огромные пространства естественных ландшафтов (Соромотин, 2000). В связи с поликомпонентным со ставом нефти воздействие на наземные экосистемы зависит как от почвенных, так и физико-географических условий.
Во многих регионах разработаны и применяются на практике комплексы рекультивационных мероприятий. Они чаще всего позволяют создавать биоце нозы на нарушенных ландшафтах, но, как правило, эти сообщества отличаются от исходных видовым составом, биомассой, круговоротом веществ и энергии, устойчивостью к факторам среды.
Степень развития и состав растительного покрова сравнительно легко поддаются изучению и являются достаточно четкими показателями состояния биогеоценоза (Экологические основы…, 1985).
Цель настоящего исследования – изучение процесса формирования растительности на нефтезагрязнённых территориях в зависимости от восстано вительных мероприятий и почвенно-климатических условий.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
изучить растительность (видовой состав, проективное покрытие, экологи ческие группы, фитомасса) территорий, подвергшихся нефтяному загрязнению в северной лесостепи и северной тайге Тюменской области;
выявить особенности восстановления фитоценозов после загрязнения нефтяными углеводородами по динамике видового состава, проективного по крытия, мозаичности, участия рудеральных видов и экологических групп рас тений;
выяснить влияние антропогенного воздействия на динамику восстановле ния растительных сообществ;
выявить наиболее чувствительные к нарушениям показатели раститель ных сообществ.
Научная новизна. В условиях северной лесостепи и северной тайги Тю менской области впервые проведён анализ изменений, происходящих при раз витии растительности на нефтезагрязнённых территориях. Получены качест венно новые данные о характере восстановления нарушенных участков по ви довому составу растений, проективному покрытию, мозаичности и динамике этих показателей.
Определена изменчивость количества видов, проективного покрытия, фи томассы в зависимости от антропогенного воздействия и способов рекультива ции. Выявлены ведущие факторы, характеризующие устойчивость и скорость восстановления растительных сообществ в различных почвенно-климатических зонах.
По результатам обследования Суторминского месторождения установлен характер воздействия нефти в зависимости от концентрации, почвенно климатических условий, типа увлажнения;
определена площадь нефтезагрязне ния, составлена почвенная карта масштаба 1:25000.
Положения, выносимые на защиту:
1. Характер восстановления и тип формирующейся растительности неф тезагрязнённых территорий определяется не только почвенно-климатическими условиями, степенью нарушенности, типом сообщества, но и комплексом вос становительных работ.
2. Определена эффективность использования следующих показателей со стояния растительности как наиболее чувствительных для оценки негативного влияния нефтезагрязнения – видовое разнообразие, проективное покрытие, мо заичность, фитомасса.
Практическая значимость. Изученные особенности формирования рас тительности нефтезагрязнённых территорий могут служить основой при плани ровании и проведении работ по восстановлению нарушенных ландшафтов в различных экологических условиях. Для оценки нарушенных территорий могут быть рекомендованы следующие показатели: видовой состав, проективное по крытие, мозаичность, фитомасса – как наиболее чувствительные к негативному воздействию.
Результаты исследования реализованы в картографическом материале Научно-исследовательского института экологии и рационального использова ния природных ресурсов Тюменского государственного университета. Полу ченная информация о масштабах и степени нефтяного загрязнения, почвенных условиях, темпах восстановления растительности в районе Суторминского ме сторождения может быть использована для разработки нормативов платежей за загрязнение почвы.
Собранный в результате работы гербарий, а также другие полевые мате риалы используются в учебном процессе в общих курсах «Почвоведение» и «Геоэкология».
Апробация работы. Наиболее полно результаты исследования изложены в научных отчётах (2000-2002гг.) и представлены на заседаниях кафедры бота ники и биотехнологии растений Тюменского государственного университета.
Основные положения диссертации апробированы на научно-практической кон ференции «Аграрная наука на рубеже веков» (Тюменская государственная сельскохозяйственная академия, 1999 г.), конференции молодых ученых «Био сфера и человечество», посвящённая памяти Н.В. Тимофеева-Ресовского (Ека теринбург, 2000 г.), международном совещании «Проблемы охраны раститель ного мира Сибири» (ЦСБС, Новосибирск, 2001 г.), III международной научно практической конференции «Проблемы строительства, инженерного обеспече ния и экологии городов» (Пенза, 2001 г.). Опубликовано 4 научных работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов собственного исследования, за ключения, выводов, списка литературы и приложения. Экспериментальные данные приведены в 8 таблицах, 18 рисунках, 11 приложениях. Список литера туры включает 122 наименование, в том числе 6 на иностранных языках. Работа изложена на 105 страницах машинописного текста.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение Во «Введении», показаны актуальность, научная новизна, апробация. По ставлены цель и задачи исследования, сформулированы положения выносимые на защиту, обосновывается практическая значимость работы.
1. Обзор литературы Техногенные нарушения естественной растительности весьма разнооб разны (Антропогенная динамика…, 1995;
Матвеева, 1995). При благоприятных условиях, процесс самозарастания происходит достаточно интенсивно (Дружи нина, 1985), В других случаях (при неблагоприятных условиях) самовосстанов ление может быть столь медленным, что необходимо вмешательство человека (Миронова, 2000).
Заселение растительностью начинается с появления единичных и случай ных по составу растений. Флористический состав на первом этапе флорогенеза зависит от возможности запаса (Баранник, 1971) и запаса семян (Тарчевский, 1970;
Колесников, Пикалова, 1974).
В ходе сукцессии происходит увеличение замкнутости биогеохимических круговоротов веществ. (Реймерс, 1994). Параллельно с замыканием круговоро тов происходит увеличение продуктивности и накопление органического веще ства. Наиболее продуктивной и наиболее эффективной в каждом местообита нии, по средним многолетним данным, должна быть коренная растительность (Утехин, 1977).
Т.А. Работнов (1978) различает два вида сингенетических сукцессий: пер вичные, начинающиеся с возникновения фитоценоза на субстрате, где ранее от сутствовала растительность, и вторичные - в местах, где ранее существовавшая растительность была уничтожена.
На техногенных субстратах выделяют также рекультивационные сукцес сии, представляющие собой изменения растительности, которые при разной интенсивности управления со стороны человека протекают на месте «ран», на несённых биосфере хозяйственной деятельностью человека (Миркин, Наумова.
Соломещ, 2001). И.Б. Кучеров (1995) 2. Физико-географическая характеристика районов исследования Экспериментальная часть работы выполнена в 1996-2001 гг. на опытном полигоне, расположенном в районе 707 километра трассы нефтепровода Усть Балык — Альметьевск (57о с.ш.) (Ялуторовский район), где было проведено де тальное исследование развития сообщества. Другими объектами изучения яв лялись нефтезагрязнённые участки Суторминского месторождения нефти (63о с.ш.). Изучаемые территории значительно отличаются по климатическим усло виям, расстояние между ними по прямой с севера на юг более 900 км.
Опытный полигон находится в лесостепи представленной северным её вариантом с резко континентальным климатом, характеризующимся обилием света и тепла. Вегетационный период равен 160 дням. Среднемесячная июль ская температура воздуха – 18,6оС, а средняя январская - -18,9оС. Абсолютный минимум в январе равен –47оС, а максимум в июле – 40оС. Количество осадков составляет 320-350 мм.
Суторминское месторождение нефти находится в подзоне северной тайги Южно-Надым-Пурской провинции, занимающей междуречье рек Надым и Пур (Пуровский район). Территория в очень сильной степени заболочена и заозё ренна. К торфяным болотам приурочены острова вечной мерзлоты и явления с ней связанные.
Климат данного района резко континентальный. Средняя температура воздуха наиболее холодного месяца января –250С, а самого жаркого июля +150С. Абсолютный минимум температуры приходится на февраль –610С, аб солютный максимум – на июнь-июль +340С. Средняя относительная влажность в течение года изменяется от 68 до 86 %.
3. Материал и методы исследования Опытный полигон представляет собой вырубку узколинейной формы под трассы коммуникаций в березняке разнотравном злаково-осоковом и характе ризуется избыточным увлажнением из-за близкого залегания грунтовых вод (рис. 1).
Непосредственно после аварии под методическим руководством сотруд ников Тюменской лесной опытной станции проведена локализация нефтяного разлива на общей площади 7 га, и весной Трасса неф тепровода 1995 года в этом районе стали проводить ся рекультивационные работы.
Нефтезагрязнённая территория бы Березняк разнотравный Березняк разнотравный ла разделена на два участка: первый под злаково-осоковый злаково-осоковый вергнут комплексу работ по рекультива ции, а второй предназначен для осущест вления экологического мониторинга. На первом участке проведены следующие рекультивационные работы: отрыты дре нажные канавы для сбора нефтепродук Луг разнотравный осоково-бобово тов, водная поверхность которых обраба злаковый тывалась бакпрепаратом "Путидойл";
бо ронование верхнего, наиболее загрязнён ного почвенного горизонта;
отсыпка чис Рис.1. Схема опытного полигона.
тым грунтом, глиной, торфом;
внесены сапропель, комплексные минеральные удобрения (азот, фосфор, калий) из расчета 80 кг действующего вещества на гектар, а также проведено известкование. Высеяны устойчивые к нефтяному за грязнению многолетние травы - тимофеевка луговая, кострец безостый, бекма ния обыкновенная, овсяница луговая, люцерна посевная.
Анализ проб почвы в 1997 г. показал низкое содержание остаточной неф ти (2,5%). По результатам исследования сформировавшегося биоценоза уста новлено, что процесс восстановления биоценоза прошёл успешно. В связи с требованиями природоохранных организаций, осенью 1997 и весной 1998 гг. на втором участке также проведены восстановительные мероприятия, которые ог раничились отсыпкой всего участка слоем глины толщиной 20-40 см.
В полевых исследованиях для определения проективного покрытия, на обоих участках закладывались линейно упорядоченные пробные учётные пло щадки в 1 м2 по трансектам (Грейг-Смит, 1967;
Углов, 1982). Длина трансекты составила 400 м. Оценка проективного покрытия велась глазомерно (Шенни ков, 1964) на площадках, ограниченных прямоугольной рамкой со стороной 1 м. Учитывалось как общее проективное покрытие, так и проективное покры тие отдельных видов. Закладывалось по 50 площадок на каждом участке, рас стояние между которыми 8 м.
Ежегодно определён видовой состав растений на полигоне. В 2001 г. для сравнения были проведены исследования окружающих участок сообществ – ле са и просеки (видовой состав напочвенного покрова, проективное покрытие).
Проведён учёт надземной воздушно-сухой фитомассы как на опытном полигоне, так и на окружающей территории. Количество учетных площадок и 16 соответственно. Укосы выполнены в конце августа;
растения срезались на уровне почвы, разбирались на виды, затем высушивались до воздушно-сухого состояния и взвешивались.
В июле-августе 2001 г. обследован горный отвод Суторминского место рождения нефти, общая площадь которого составляет 74398 га, выявлено разливов нефти общей площадью 312,5 га.
Проведены геоботанические описания, составлены план-схемы участков, изучены почвенные условия.
Выделение экологических групп растений проведено с использование шкал увлажнения Л.Г. Раменского (Дмитриева, Савченко, 1973). Математиче ская обработка экспериментальных данных проведена по общепринятым мето дикам (Шенников, 1964;
Грейг-Смит, 1967;
Шмидт, 1980;
Лакин, 1990).
4. Результаты исследований 4.1. Флора нефтезагрязнённых территорий с различными почвенно климатическими условиями Изучение флоры полигона и окружающих его сообществ в северной ле состепи показало, что антропогенные нарушения обуславливают изменения ви дового состава. Так, в березняке разнотравном мятликово-осоковом насчитыва лось 29 видов высших сосудистых растений. Вырубка просеки привела к фор мированию сообщества из 49 видов, образующих луг разнотравный осоково бобово-злаковый. Увеличение видового разнообразия после уничтожения дре весной растительности вызвано расширением диапазона экологических факто ров. В результате аварийного разлива нефти большая часть видов выпала из травостоя, и их число снизилось до 12. Признаков самовосстановления расти тельности не наблюдалось, растения встречались только на микроповышениях, что обусловлено как токсическим действием нефти, так и негативными измене ниями почвы. Последующие рекультивационные мероприятия создали условия для развития растительности, которая представляет собой луг разнотравный бобово-злаковый. Общее количество видов за все годы исследования составило 110. Увеличение видового разнообразия на просеке вызвано рядом факторов – смена ассоциации, внедрение рудеральных видов, процессы перестройки сооб щества, сопровождающиеся уничтожением старых и образованием новых эко логических ниш. Сходные результаты получены в исследовании С.О. Ондара (2000), проведённом в условиях степей республики Тыва.
По данным экологического анализа, во всех изученных сообществах пре обладали мезофиты (62-70%). Наличие гигрогидатофитов (2-3%) на просеке и полигоне указывает на расширение диапазона экологических условий. В лес ном сообществе доля гигрофитов составляет 32%, что значительно выше по сравнению с полигоном и просекой (17-20%).
Для выявления особенностей восстановления фитоценозов на полигоне оценивалась динамика изменения количества видов в течение пяти лет на двух экспериментальных участках (рис. 2).
54 Количество видов 38 41 35 40 20 1997 1998 1999 2000 Первый участок Второй участок Рис. 2. Количество видов растений на полигоне в разные годы.
С 1997 по 2000 гг. наблюдалось увеличение видового разнообразия, свя занное с тем, что в первые этапы происходит постепенное заселение растения ми биотопа, причём значительную роль здесь играют зачатки растений содер жащиеся в грунте, использованном при отсыпке, и занос с сопредельных терри торий, при этом их распределение случайно.
Постепенно на видовое разнообразие большее влияние начинают оказы вать биотические факторы. В результате увеличения сомкнутости усиливается конкуренция между растениями, и виды занимают те экологические ниши, в которых они преобладают над другими. Следует отметить, что некоторые виды вытесняются, не выдерживая конкуренции. В нашем исследовании на полигоне процесс выпадения отдельных видов наблюдался в 2001 г.
На территории Суторминского месторождения выделяется два основных типа почв – подзолы иллювиально–железистые и болотные торфяные. В соот ветствии с этим все обследованные участки нами были разделены на две груп пы: 1 – сообщества, приуроченные к болотным торфяным почвам;
2 – сообще ства, приуроченные к более дренированным подзолам иллювиально железистым. В первой группе насчитывается 42, во второй – 7 нефтяных разли вов. При обследовании флоры загрязнённых участков найдено 25 видов, 10 из которых принадлежат к семейству осоковых. На 9-ти участках флора не изуча лась, т.к. 7 из них представляют собой водоемы, 1 – минерализованный грунт, – пойма.
В первой группе 2 участка представлены сосново-кустарничково сфагновыми олиготрофными болотами, 22 приурочены к багульниково ерниково-сфагновым болотам, 18 занимают мочажины с осоково-гипновой, осоково-сфагновой и пушициево-сфагновой растительностью.
Растения в очень сильной степени угнетены и приурочены к положитель ным элементам рельефа. Первоначальное заселение загрязнённых участков на торфяных почвах происходит, как правило, за счёт травянистых растений – осоки, пушицы;
заносных и рудеральных видов не отмечено. Вероятно, это вы звано изменениями почвенных условий – торф приобретает гидрофобные свой ства, уменьшается его впитывающая способность и увеличивается обводнён ность почвы. Восстановления мхов не отмечено, что объясняется их повышен ной чувствительностью к загрязнению. Сходные данные получены В.И. Маковским (1988) и Н.П. Солнцевой (1998).
Во второй группе выделено 7 участков, расположенных в сосняке кустар ничково-лишайниковом. Возобновление растительности происходит, в основ ном, при участии вейников и иван-чая. Растения также приурочены к микропо вышениям, являющимся очагами расселения;
лишайниковый и моховой покров не восстанавливается. Исследования В.М. Невзорова (1976) показали, что на разливах большой давности почва не имеет токсических свойств. Семена рас тений сохраняют жизнеспособность, но их прорастание затруднено в результате ухудшения почвенных условий.
4.2. Проективное покрытие, мозаичность, участие отдельных видов на разных стадиях развития сообщества Восстановление фитоценозов на полигоне привело к изменению проек тивного покрытия, которое в годы исследования увеличивалось на обоих экс периментальных участках (рис. 3).
Общее проективное покрытие 90 76 70 1997 1998 1999 2000 Первый участок Второй участок Рис. 3. Общее проективное покрытие на полигоне за годы исследований, %.
Однако, на первом участке этот показатель изменяется постепенно, а на втором в 1998 г. по сравнению с 1997 г. наблюдается резкий скачок с 38 до 85%. Это связано с тем, что на первом участке благоприятные почвенные усло вия созданы ещё в 1996 г., и с этого времени участок постепенно осваивается растениями, а на втором в результате отсыпки появилась возможность для раз вития растений, что и обусловило резкое повышение их количества. В послед ние 3 года наблюдений произошла стабилизация величины проективного по крытия, что свидетельствует о замедлении процесса развития сообщества. Ин тересно, что оба участка по данному показателю не отличаются.
В то же время на просеке в 2001 г. общее проективное покрытие состави ло 96%, что достоверно выше, чем на полигоне (при Р0,05).
Меньшая величина проективного покрытия на полигоне по сравнению с просекой по нашим предположениям вызвана наличием на участках локальных пятен сильно нарушенной почвы (с повышенным содержанием остаточных нефтепродуктов, уплотнённый грунт и т.д.).
Отмечено доминирование отдельных видов растений на обоих участках в первые годы. На первом участке в 1996 г. 53% от общего проективного покры тия составляла лебеда садовая, в 1997 г. – 42% - суммарно донник белый и ле карственный. В последующие годы подобного доминирования не наблюдалось, и главная роль в сообществе перешла к группе луговых видов. На втором уча стке в 1998 г. сразу после отсыпки отмечено резкое увеличение численности конопли посевной и лебеды садовой, суммарно их проективное покрытие со ставило 74% от общего. В следующие годы конопля посевная и лебеда садовая почти полностью выпадают из травостоя, и основная роль в формировании по крова переходит к луговым и болотным видам. Подобная динамика наблюда лась рядом авторов (Ахмедов и др., 1988;
Гаджиев и др., 1992;
Дружинина, 1995).
При изучении флоры Суторминского месторождения все участки были разделены на 3 группы по степени загрязнения (Соромотин и др., 2000): 1 - со держание нефти до 10%;
2 – от 10 до 40%;
3 – более 40%.
На торфяных почвах выявлено 20 участков в первой группе, 13 во второй и 9 в третьей. Общее проективное покрытие составило 33, 14 и 13% соответст венно, контроль – 100%. Выявлены достоверные отличия всех групп с контро лем, а также первой группы со второй и третьей.
На песчаных почвах общее проективное покрытие соответственно соста вили 12, 6 и 5%, контроль - 80%. Все участки достоверно отличаются от кон троля, различий между участками не выявлено.
Таким образом, нефтяное загрязнение обуславливает достоверное сниже ние проективного покрытия, как в северной лесостепи, так и в северной тайге.
За годы исследования происходило изменение соотношения ведущих се мейств в общем проективном покрытии (рис. 4). На первом участке сразу после рекультивации (1997 г.) преобладали бобовые, мятликовые, астровые. В после дующие годы произошли изменения – увеличивается доля злаков, и уменьша ется бобовых.
100% 75% 50% 25% 0% 1997 1998 1999 2000 крапивные бобовые астровые мятликовые осоковые рогозовые Рис. 4. Соотношение ведущих семейств на первом участке в разные годы по проективному покрытию.
Высокий процент бобовых в первые годы мы объясняем неблагоприят ным соотношением содержания азота и углерода в почве в результате нефтяно го загрязнения, что обусловило некоторое преимущество растений способных к симбиотической азотфиксации. Появление в последние годы осоковых и рого зовых произошло в результате незначительного повышения уровня грунтовых вод из-за отсыпки второго участка.
На втором участке в 1997 году преобладали осоковые, небольшую долю имели мятликовые и лютиковые (рис. 5). Растительность развивалась только на микроповышениях. После отсыпки в 1998 году развиваются коноплёвые и ма ревые. В последующие 3 года основная доля принадлежит 3-м семействам – мятликовым, астровым и бобовым. Небольшой процент имеют осоковые и ро гозовые. Наблюдается снижение доли астровых и увеличение мятликовых.
Для анализа горизонтального распределения растений на полигоне опре делено среднее количество видов на учётной площадке (рис. 6). В целом на по лигоне отмечено увеличение данного показателя в период с 1997 по 2000 гг., что характеризует этап расселения растительности, при котором происходит распределение растений по экологическим нишам.
100% 75% 50% 25% 0% 1997 1998 1999 2000 маревые лютиковые бобовые астровые мятликовые норичниковые осоковые коноплёвые рогозовые Рис. 5. Соотношение ведущих семейств на втором участке в разные годы по проективному покрытию.
среднее количество видов 11, 6, 6, 5, 4, 6 7, 4 5,3 4, 3, 2 2, 1997 1998 1999 2000 Первый участок Второй участок Рис. 6. Среднее количество видов на учётной площадке в разные годы.
В жизни растительных сообществ большое значение имеет наличие моза ичности (Корчагин и др., 1976;
Доронькина, 1999). При мозаичности более полно используются различные типы микроместообитаний, к каждому из кото рых приурочен свой особый микроценоз или микрогруппировка. Это приводит к большей замкнутости круговорота веществ и энергии, возрастанию устойчи вости и жизненности всего сообщества (Уиттекер, 1980;
Пианка, 1981). В на шем исследовании увеличение мозаичности наблюдалось в 2001 г. при значи тельном уменьшении количества видов.
Исследования Суторминского месторождения, где не проводились вос становительные работы, выявили раздельно-групповое распределение расте ний, что является следствием воздействия нефтяного загрязнения, отличающе гося мозаичностью локализации загрязнителя. В зависимости от микрорельефа сильнозагрязнённые пятна чередуются со слабо-, среднезагрязнёнными и отно сительно чистыми (Экология …, 1997). На старых разливах (более 4-х лет), расположенных на подзолах иллювиально-железистых, преобладающим типом распределения являлось сомкнуто-диффузное. Возобновление растений проис ходит в местах нарушения битумунозной корки. Таким образом, мозаичность определяется как биотическими факторами (конкуренция), так и находится в зависимости от локализации загрязнителя.
Кроме характеристики полигона по абсолютным и средним показателям проведён анализ характера варьирования общего проективного покрытия и среднего количества видов на площадке (табл. 1).
Таблица Изменчивость среднего количества видов и общего проективного покрытия на площадке (CV, %) Общее проективное Среднее количество видов Год покрытие Участок №1 Участок №2 Участок №1 Участок № 1997 42,15 34,84 51,09 35, 1998 33,78 33,93 39,52 13, 1999 31,53 43,23 29,91 36, 2000 25,90 34,19 20,27 20, 2001 28,17 39,37 23,32 22, На первом участке коэффициент вариации постепенно снижается с 42, до 25,90%, а на втором колеблется от 33,93 до 43,23%, что свидетельствует о более сильных нарушениях и меньшей стабильности развития сообщества.
Варьирование общего проективного покрытия на первом участке в первые 3 го да постепенно снижается (51,09-29,91%), а на втором происходят резкие коле бания. В последние 2 года на обоих участках наблюдается стабилизация на уровне 20%.
4.3. Воздушно-сухая надземная фитомасса Биологическая продуктивность – одна из важнейших характеристик эко системы. Средопреобразующая функция растительности прямо пропорцио нальна биологической продуктивности и массе живого вещества (Бялло вич, 1970). Зависимости, связывающие продуктивность с факторами среды, очень сложны, и формируются в результате взаимодействия растительности и огромного числа внешних, прямых и косвенных воздействий (Утехин, 1977).
Для характеристики степени использования растениями ресурсов среды опре делена воздушно-сухая надземная фитомасса (табл. 2).
Таблица Воздушно-сухая надземная фитомасса на разных участках (2001 г.) ± m, т/га CV ± mcv, % Участок 0,721 ± 0,1481 58,05 ± 20, Лес 4,445 ± 0,6144* 39,09 ± 13, Просека 3,548 ± 0,2825* 25,18 ± 7, Первый 4,096 ± 0,0925* 7,14 ± 2, Второй * - Различия с лесом достоверны.
Сравнение по t-критерию Стьюдента показало достоверные отличия массы лесного сообщества от остальных участков.
Значение коэффициента вариации определяется степенью выражения го ризонтальной структуры растительного покрова. При высокой мозаичности в лесу коэффициент вариации максимален и равен 58,05%, а при низкой на вто ром участке минимален – 7,14%.
О нарушенности сообщества можно судить по наличию рудеральных ви дов – растений ценофобов. Известно, чем больше доля рудеральных видов, тем меньше благоприятных экологических ниш и тем ниже устойчивость сообще ства. Анализ доли рудеральных видов в надземной воздушно-сухой фитомассе показал, что в результате вырубки леса произошло стабильное увеличение доли рудералов, которая снижается при правильно проведённых рекультивационных мероприятиях. Процент рудералов на загрязнённой нефтью, а затем отсыпан ной территории значительно увеличивается (рис. 7).
Сообщество просеки Лесное сообщество 86% 95% 14% 5% Лесное сообщество Первый участок Второй участок 5% 91% 77% 23% 9% 95% Рудеральные виды Остальные виды Рис. 7. Доля рудеральных видов растений в воздушно-сухой надземной фитомассе в северной лесостепи.
По литературным данным при слабом загрязнении, выжившие растения формируют фитомассу (масса одного растения), в десятки раз превышающую таковую на контроле. Это превышение фитомассы происходит за счёт усиления кущения, рост в высоту при этом или не усиливается или даже ослабевает. Не смотря на большую массу одного растения, величина фитомассы с единицы площади при этом не возрастает, а резко снижается в связи с сильнейшим (в сотни раз) изреживанием травостоя под воздействием нефти (Шилова, 1988).
Выводы 1. При восстановлении растительности на нефтезагрязнённых терри ториях Тюменской области происходило увеличение видового разнообразия в северной лесостепи и уменьшение – в северной тайге. Отмечено снижение про ективного покрытия на всех обследованных участках, причем наиболее значи тельным оно было в условиях северной тайги.
2. На территории полигона, подвергшейся нефтяному загрязнению с последующей рекультивацией, наблюдалась смена ассоциаций, изменение со отношения семейств и видового состава растений. На Суторминском месторо ждении главная роль в восстановлении принадлежала травянистым растениям, лишайниковый и моховой покров не возобновлялся.
3. Видовое разнообразие полигона представлено многолетними зла ковыми и бобовыми травами, используемыми для рекультивации (кострец без остый, тимофеевка луговая, овсяница луговая, бекмания обыкновенная, люцер на посевная);
рудеральными растениями, имеющими наибольшее влияние на начальных этапах освоения территории (лебеда садовая, конопля посевная);
а также рядом видов, принимающих участие на всех этапах развития сообщества (горошек мышиный, клевер луговой, клевер ползучий, девясил британский, по лынь обыкновенная, мятлик луговой, ромашка продырявленная, осока пузырча тая). На территории Суторминского месторождения зарастание верховых болот происходит за счёт осоковых, а на песчаных почвах – вейников и иван-чая уз колистного.
4. Выявлены различия в проективном покрытии на участках, подверг нутых разным способам рекультивации и другим видам антропогенного воз действия. На начальных этапах доминирующая роль принадлежала рудераль ным видам. В последние 3 года наблюдений (1999-2001 гг.) на полигоне отме чена стабилизация проективного покрытия, что указывает на замедление про цессов развития сообщества. Характер варьирования среднего количества ви дов на учётной площадке, доля рудеральных видов в проективном покрытии и воздушно-сухой надземной фитомассе свидетельствуют о более благоприятных условиях на участке с полным комплексом рекультивационных мероприятий.
5. Ведущими факторами, определяющими устойчивость и скорость восстановления растительности являлись: антропогенный (наличие или отсут ствие рекультивационных работ, занос рудеральных видов);
почвенные условия (степень увлажнения, механический состав и развитость органогенного гори зонта), влияющие на миграцию и скорость разложения нефтепродуктов и отра жающие биотопическую приуроченность сообщества. На торфяных почвах ус ловия более благоприятны, что положительно отражается на скорости форми рования сообществ.
6. Установлено, что наиболее чувствительными показателями при нефтяном загрязнении являлись: видовой состав, проективное покрытие, моза ичность, фитомасса, которые могут быть использованы при оценке негативного воздействия на сообщества.
Список работ, опубликованных по материалам диссертации 1. Боме Н.А., Хотеев В.В. Формирование растительности на техногенном ландшафте в Северной лесостепи Тюменской области // Вестник Тюменского государственного университета. N. 3., Изд-во ТюмГУ, 2000. С. 106-111.
2. Хотеев В.В. Сукцессионные процессы на техногенном ландшафте в Северной лесостепи Тюменской области // Проблемы охраны растительного мира Сибири. Тез. докл. межд. совещ. Новосибирск, 2001. С. 94-95.
3. Хотеев В.В. Экологический мониторинг Суторминского месторожде ния (район г. Муравленко) // Сб. материалов 3-й межд. научн.-практ. конф.
Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов. Пенза, 2001. С. 104-105.
4. Боме Н.А., Сальникова Л.И., Говорухина А.А., Белозерова А.А., Хоте ев В.В. Повышение стрессоустойчивости и расширение биоразнообразия расте ний (отчёт), №ГР 01.20. 0 105876, 2000. 15 с.