502.654 лукина наталия валентиновна особенности формирования флоры и растительности в условиях золоотвалов тепловых электростанций

На правах рукописи

УДК 574: 581.9: 502.654 Лукина Наталия Валентиновна ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ФЛОРЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ ЗОЛООТВАЛОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 03.00.16 -экология, 03.00.05-ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург 2002

Работа выполнена в Уральском государственном университете им. А. М. Горькою Научный руководитель. кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ЧИБРИК ТАМАРА CЕMEНОВНА

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор ТАРШИС ГАЛИНА ИЛЬИНИЧНА доктор биологических наук, профессор КУЛАГИН АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ

Ведущая организация: Центральный сибирский ботанический сад СО РАН

Защита диссертации состоится « 10 » _ 12 2002 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 004.005.01 в Институте экологии растений и животных УрО РАИ по адресу: 620144. г. Екатеринбург, ул. 8 Марта,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии растений и животных УрО РАН Автореферат разослан « 09 » 12_ 2002 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук Нифонтова М. Г.

0-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы. Интенсификация общественного произ водства сопровождается усилением эксплуатации природных ресурсов, что ведет к увеличению отрицательного влияния промышленности на природные ландшафты. В настоящее время распространенность техно генных ландшафтов позволяет говорить о замене ими в ряде регионов естественных. Поскольку процессы естественного восстановления нару шенных территорий замедлены, человек вынужден принимать меры по ускорению регенерации или целенаправленному формированию продук тивных искусственных растительных сообществ. Среди разнообразных форм антропогенного нарушения целостности ландшафтов не последнее место занимают золоотвалы тепловых электростанций. Большие площади подобных отвалов, их негативное влияние на окружающую среду требу ют разработки методов рекультивации. Важным является определение тенденций, направленности и темпов естественного восстановления рас тительного покрова на нарушенных участках, создание и включение ис кусственных фитоценозов в естественные зональные экосистемы.

Цель и задачи исследования. Основная цель нашего исследования заключалась в изучении особенностей формирования флоры и раститель ности на золоотвалах тепловых электростанций в разных зонально климатических условиях, в определении направленности и темпов транс формации культурфитоценозов и фитоценозов, формирующихся на уча стках самозарастания.

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

1. Дать наиболее полную геоботаническую характеристику раститель ных сообществ, формирующихся на золоотвалах в разных зонально климатических условиях в зависимости от рекультивационных мероприя тий и от свойств субстрата.

2. Выявить изменения, произошедшие в них через 10-15, 20-25 и 30 35 лет с момента их образования, вскрыть направленность и темпы трансформации культурфитоценозов и фитоценозов, формирующихся на участках самозарастания, охарактеризовать динамику этих процессов.

3. Проследить динамику биоэкологических спектров флоры золоотва лов с целью выявления направленности формирования растительных со обществ, расположенных в разных зонально-климатических условиях.

4. Оценить производительность отдельных культурфитоценозов в сравнении с участками самозарастания, охарактеризовать динамику этих процессов.

5. Изучить явление микосимбиотрофизма у произрастающих на зо лоотвалах видов растений, определить долю участия микотрофных ви дов в зависимости от проведенных рекультивационных мероприятий, определить степень микотрофности видов в зависимости от экологиче ских условий.

Научная новизна. Впервые проведено долговременное изучение особенностей формирования флоры и растительности в условиях золо отвалов тепловых электростанций, расположенных в таежной и лесо степной зонах, через 10-15, 20-25 и 30-35 лет после проведения биоло гической рекультивации. Показаны направленность и темпы трансфор мации культурфитоценов и фитоценозов, формирующихся на участках самозарастания в зависимости от экотопа и возраста сообществ.

Изучено явление микосимбиотрофизма у произрастающих на золо отвалах травянистых видов, которое рассматривается в качестве показа теля формирования функциональных связей формирующихся фитоцено зов. Установлена зависимость значений микотрофности травянистых видов от субстрата, таксономической принадлежности растения хозяина.

Теоретическая и практическая значимость работы. Работа вы полнялась как раздел комплексных исследований по темам: «Разработка способов биологической рекультивации на нарушенных промышленно стью землях»;

«Исследование состава, структуры и биоразнообразия фитоценозов техногенных ландшафтов (на примере Урала)» Проблем ной лаборатории антропогенной динамики экосистем и биологической рекультивации при кафедре экологии УрГУ в рамках программы НИР лаборатории, а также в рамках программы РФФИ «Урал» фант № 0 1 04-96426. Результаты исследования вошли в отчеты лаборатории. Полу ченные в результате проведенных исследований данные позволяют дать оценку эффективности методов биологической рекультивации золоот валов в лесной и лесостепной зонах, показывают этапы формирования растительных сообществ в условиях золоотвалов в зависимости от свойств субстрата, а также трансформацию культурфитоценозов и ско рости протекания этих процессов в зависимости от зонально климатических условий. Результаты работы могут быть использованы как экологическая основа разработки способов биологической рекуль тивации золоотвалов тепловых электростанций.

Сведения о разнообразии и динамике флоры и растительности золо отвалов, а также собранный научный гербарий используются в учебной и научной работе кафедры экологии УрГУ им. A.M. Горького.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. На золоотвале в таежной зоне на рекультивированной территории идет формирование лесных фитоценозов с преобладанием Pinus sylvestris, Betula pendula, Betula pubescens. На «чистой» золе на первых этапах фор мирование растительности задерживается, со временем, при поддержи вании скашиванием, формируются луговые фитоценозы с доминированием Deschampsia cespitosa с подростом древесных видов.

2. На золоотвале в лесостепной зоне после покрытия слоем почвы и посева многолетних трав сразу формируются продуктивные культурфи тоценозы, через 10-15 лет происходит выпадение культурных видов из состава сообществ, через 35 лет формируется разнотравно-полынно злаковый фитоценоз с доминированием Роа pratensis и подсеянного позднее Agropyron cristatum. На «чистой» золе формирование раститель ности идет медленно от простых несомкнутых растительных группировок с господством полыней к разнотравно- злаково-полынному фитоценозу с преобладанием Artemisia dracunculus, Festuca pseudovina, Calamagrostis epigeios, Poa pratensis.

3. При формировании парциальной флоры золоотвала в таежной зоне наблюдается значительное увеличение видового разнообразия, в лесо степной зоне с увеличением возраста происходит снижение видового разнообразия. Трансформация исследуемых флор идет по пути сближе ния с зональной растительностью.

4. Растительные сообщества, формирующиеся на золоотвалах сложе ны, в основном, микотрофными видами. Наиболее высокие показатели микотрофности имеют доминанты и субдоминанты растительных сооб ществ.

Апробация. Основные положения диссертационной работы были до ложены на 2-ой Международной научно-практической конференции «Экология и охрана окружающей среды» (Пермь, 1995);

на научной кон ференции «Б. П. Колесников - выдающийся отечественный лесовед и эколог. К 90-летию со дня рождения» (Екатеринбург, 1999);

на конферен ции молодых ученых «Биосфера и человечество», посвященной памяти Н.В. Тимофеева-Ресовского (Екатеринбург, 2000);

на Международном совещании «Биологическая рекультивация нарушенных земель» (Екате ринбург, 2002).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 3 статьи и 10 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, выводов, приложений. Работа изложена на 103 страницах машино писного текста, содержит 26 таблиц и 9 рисунков, а также приложений объемом 58 страниц. Библиофафия включает 173 наименований отече ственных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР В главе приводится обзор литературы по вопросам изучения способов биологической рекультивации и процессов естественного зарастания золоотвалов тепловых электростанций. Рассматриваются вопросы, посвященные изучению микосимбиотрофизма, как формы консортивных связей высших растений с микоризными грибами.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1. Общая характеристика природных условий районов исследования В данной главе приведена краткая характеристика рельефа, гидроло гического режима, климата, почвенного покрова и растительности Среднего и Южного Урала и районов исследований в частности.

2.2. Характеристика объектов исследования В качестве объектов исследования были выбраны формирующиеся фитоценозы на золоотвалах Верхнетагильской (ВТГРЭС - 125 га) и Южноуральской (ЮУГРЭС - 68 га) тепловых электростанций, распо ложенных соответственно в таежной (подзона южной тайги) и лесо степной зонах. Возраст золоотвалов примерно одинаков, подача пульпы прекращена в начале 60-х годов. В 1964-1966 гг. проведена рекультива ция золоотвала ЮУГРЭС с покрытием всей его поверхности слоем чер ноземной почвы и посевом многолетних трав. Сравнительные исследо вания проводились на одновозрастных участках «чистой» золы, распо ложенных рядом с рекультивированным золоотвалом на месте карьера суглинков. Биологическая рекультивация на части золоотвала ВТГРЭС начата в 1968—1970 гг. и продолжалась в последующие годы. Применя лось нанесение слоя глинистого фунта толщиной 10-15 см полосами шириной 7-10 м с таким же межполосным пространством с ориентаци ей полос перпендикулярно господствующему направлению ветра. Золо отвалы сложены золой углей шахт и разрезов Челябинского угольного бассейна, они характеризуются значительным однообразием свойств субстрата по физическим и химическим свойствам, относительно ров ной поверхностью. Наличие рекультивированных участков дает воз можность проследить динамику формирования фитоценозов в зависи мости от возраста и свойств субстрата.

2.3. Методы исследования и объем выполненных работ Наша работа является продолжением исследований, начатых на золо отвалах тепловых электростанций Лабораторией промышленной ботани ки биологического факультета Уральского университета в 1959 г. по инициативе и под руководством В. В. Тарчевского. Нами были изучены особенности формирования флоры и растительности в условиях золоот валов тепловых электростанций через 10-15, 20-25 и 30-35 лет после проведения биологической рекультивации как на участках самозараста ния золы и золы с покрытием, так и на участках с посевом трав.

Геоботаническое описание растительности на всех исследуемых клю чевых участках проводилось по общепринятой методике (Корчагин, 1974;

Понятовская, 1964). Собрано более 400 листов гербария. Флори стический анализ был проведен в соответствии с принципами, разрабо танными Толмачевым (1974), Б.А. Юрцевым и Р.В. Камелиным (Юрцев, 1968;

Юрцев, Камелин, 1991). Био- и экоморфологическая характеристи ка видов дана по литературным данным (Левина, 1957;

Куминова, 1960;

Борисова и др., 1961;

Быков, 1960-1965;

Мартыненко, 1987, 1989;

Флора СССР, 1934-1960, том 1-30;

Никитин, 1985;

Туганаев, Пузырев, 1988;

Толмачев, 1974;

Горчаковский, Шурова и др., 1994) и с учетом личных наблюдений. В основу классификации географических элементов поло жен «принцип географических координат», предложенный Б. А. Юрце вым (1968). При анализе жизненных форм используется система, пред ложенная Серебряковым (Серебряков, 1962, 1964).

Выделение стадий сингенеза проводилось на основе схемы, предло женной А.Г. Вороновым (1963, 1973) с уточнением Л.Я. Курочкиной и В.В. Вухрер (1987). Исследование микотрофности травянистых растений проводилось по общепринятой методике, разработанной в лаборатории ботаники Пермского педагогического института (Селиванов, 1981).

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ЗОЛООТВАЛАХ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Результатом 20-летних наблюдений явилась разработка схем форми рования фитоценозов на золоотвалах, построенных на основе реальных датированных геоботанических описаний в зависимости от экотопа.

3.1. Формирование растительности на золоотвале Верхнетагильской ГРЭС Через 10 лет после проведения биологической рекультивации на зо лоотвале ВТГРЭС наблюдалось разнообразие экотопов, которые можно объединить в следующие группы: это значительные площади нерекуль тивированной «чистой» золы (I), имеющие разную степень увлажнения (от сухих к умеренно увлажненным до остаточных понижений, перио дически затопляемых водой);

рекультивированная территория с полос ным нанесением фунта и посевом многолетних трав (IIа);

рекультиви рованная территория с полосным нанесением грунта, оставленная под самозарастание (IIб, IIв) (рис. 1).

На участках «чистой» золы на начальных этапах при достаточном увлажнении субстрата формируются бескильницевые группировки (Puccinella distans, P. hauptiana). На участках самозарастания рекульти вированной территории на полосах грунта формируются злаково разнотравные растительные группировки с преобладанием Elytrigia repens, Poa pratensis, Deschampsia cespitosa, Artemisia vulgaris. На меж полосном пространстве на «чистой» золе формируются более обеднен ные по видовому составу, разреженные растительные группировки с высоким обилием Melilotus officinalis и М. albus и значительным уча стием Deschampsia cespitosa и Festuca rubra. Отмечается появление под роста древесных и кустарниковых растений.

Через 30 лет после проведения биологической рекультивации на зо лоотвале ВТГРЭС на «чистой» золе (Iа) сформировались заросли вейни ка наземного с незначительным участием других видов, с рединой ив и берез, и очень густые заросли ив (8 видов) с примесью Betula pendula, В.

pubescens и Populus tremula. При благоприятном увлажнении (16) фор мирование сообществ ускоряется и в течении 20 лет сформировались на десятках гектаров щучковый луг (доминант Deschampsia cespitosa), за кустаренный щучковый луг и клеверо-мятликово-щучковый луг (Trifo lium repens, Poa trivialis). Около заполненных водой понижений форми руются разные варианты прибрежной растительности. На первично ре культивированных территориях на полосах с нанесенным фунтом при посеве многолетних трав (На) в первые годы активно осуществлялись выпас и частичное скашивание. В результате за 30 лет сформировались разнотравно-злаковые и разнотравные растительные сообщества с ре диной сосны обыкновенной и берез. Деревья, разрастаясь, усиливают свою эдификаторную роль. На полосах с фунтом без посева трав фор мирование лесных фнтоценозов ускоряется, так как исключается ска шивание, замедляется задернение поверхности и формирование травя нистых сообществ лугового типа.

На значительной части золоотвала в результате самозарастания золы и фунта (Пб) формируются лесные фитоценозы зонального типа с су щественной долей участия, а иногда с доминированием Pinus sylvestris, Betula pendula, B. pubescens. Появляются единичные всходы хвойных пород: Larix sibirica, Picea obovata, Pinus sibirica. Формирует Эко- Возраст, лет топ 5 10 15... Простая растительная группировка 1 а Экотопическая бескильницевая или Заросли вейника с рединой ив и берез (Ф) (ПГ) разнотравная растительная группи Густые заросли ив с примесью берез и осин (Ф) ровка (ЭГ) ПГ:

б Сложная растительная ЭГ: Щучковый луг с подростом берез пушистой и -водоросле- -разнотравно- группировка (СГ): повислой, ив (Ф) во-моховая;

злаковая;

- злаковая;

Закустаренный щучковый луг(Ф) - бескильни- -злаково-разнотрав- - разнотравно-злаковая;

ная - бобово-злаковая цевая;

Клеверо-мятликово-овсяницево-щучковый луг - разнотрав (Ф) но-злаковая в Одиночные островки растительных Различные варианты прибрежной растительности группировок гидрогигрофитного типа Десной фитоценоз с достаточно выработанными Культур- СГ: Разнотравно-злаковый фитоценоз с 2а древесным, кустарниковым, травянистым и фитоценоз + - высокотравно-злако- подростом древесных моховым ярусами (Ф) сорняки- вая;

апофиты - разнотравно-злаковая с большой долей куль турных видов б ПГ: СГ: Песной фитоценоз: заросли древес- Лесной фитоценоз с ясно выраженными древес -злаково- - разнотравно-злаковая, ных со слабо выработанным тра- ным, кустарниковым, травянистым и моховым зазнотрав- -злаково-разнотравная вянисто-кустарниковым ярусом прусами (Ф) ная с древес- со всходами и подростом ными деревьев и кустарников ЭГ: ПГ: Заросли лиственных пород со слабо выработан в СГ:

ным травянисто-кустарниковым ярусом, сильной - разнотрав- - разнотравная;

- разнотравная со всходами древесных;

замшелостью (Ф) ная - разнотравно-зла- -разнотравно-злаково-красноовсянице овая;

вая;

- всходы древесных - массовые всходы и подрост древесных Рис. 1. Схема формирования фитоценозов на золоотвале ВТГРЭС * ЭГ - экотопическая растительная группировка (0,1 %);

П Г - простая растительная группировка (0,1-5 %);

СГ-сложная растительная группировка (6-50 %);

Ф - фитоценоз (более 50 %). Процент означает проективное покрытие поверхности золоотвала растениями.

ся кустарниковый ярус из Sorbus aucuparia, Padus avium, начинает фор мироваться разреженный кустарничковый ярус.

На вторично рекультивированной территории при раскорчевке де ревьев и кустарников, сплошном нанесении слоя торфа и посеве много летних трав с использованием комплекса органических и минеральных удобрений, созданы продуктивные пастбищно-сенокосные угодья.

3.2. Формирование растительности на золоотвалах Южноуральской ГРЭС При изучении формирования растительности на золоотвалах Южно уральской ГРЭС были выделены следующие экотопы: 1 - «чистая» зола с покрытием слоем черноземной почвы и посевом многолетних трав;

2 «чистая» зола без покрытия (рис. 2.).

Изучение трансформации растительности на золоотвалах Южно уральской ГРЭС, расположенных в лесостепной зоне, показало, что по сле проведения биологической рекультивации сразу формируются про дуктивные и хозяйственно ценные сообщества с преобладанием высеян ных видов: Onobrychis arenaria, Medicago media, Bromopsis inermis. От сутствие ухода за посевами, а также их вытаптывание и стравливание скотом при выпасе ускорили распад и деградацию культурфитоценозов.

При дальнейшей их трансформации произошло постепенное за 10- лет вытеснение культурных видов (особенно бобовых) дикорастущими.

Подсеянный позднее, через 10 лет после первого посева, Agropyron cristatum успешно расселяется по золоотвалу, частично внедряясь в со общества на «чистой» золе. Формирование растительных сообществ идет по пути сближения с луговыми степями.

Исследования, проведенные через 35 лет после биологической ре культивации показали, что на рекультивированном золоотвале сформи ровался разнотравно-полынно-злаковый фитоценоз. Из злаков преобла дают: Agropyron cristatum, Elytrigia repens, и Bromopsis inermis, местами сохранившийся преимущественно за счет вегетативного размножения, из разнотравья: Euphorbia waldsteinii, Artemisia dracunculus. Трансфор мация культурфитоценозов сопровождается их ксерофитизацией и идет по пути формирования травянистых сообществ, приближающихся к луговым степям с преобладанием Agropyron cristatum (на части золоот вала, не подверженной выпасу) и Роа pratensis.

На участках самозарастания «чистой» золы формирование расти тельного покрова задерживается на 10-15 лет, идет медленно от про стых несомкнутых разнотравно-полынных растительных группировок, в состав которых входят наиболее устойчивые к произрастанию на золь ном субстрате виды местной флоры (Artemisia dracunculus, A. campestris, Achillea nobilis, Potentilla bifurca и другие), среди которых много сорно Год «Чистая» зола наблюдений, возраст Самозарастание «чистой» золы 1964 Покрытие слоем почвы.

Посев чистых культур 1966 Люцерна Эспарцет Кострец синегибридная песчаный безостый Первичная разнотравно-полынная 1970 Бобово Разнотравно Злаково растительная группировка разнотравно (5 лет) злаково разнотравно кострецовая эспарцетовая люцерновая группировка группировка группировка Житняк гребенчатый Злаково- Разнотравно-полынно-злаковая 1980 Разнотравно Разнотравно разнотравно (15 лет) полынно- группировка злаково злаковый полынный полынный фитоценоз фитоценоз фитоценоз Разнотравно-полынно-злаковый 1990 Разнотравно Разнотравно-злаково фитоценоз (25 лет) полынно-злаковый полынный фитоценоз фитоценоз 1999 Разнотравно-полынно-злаковый Разнотравно-злаково-полынный (35 лет) фитоценоз фитоценоз Рис.2. Схема формирования фитоценозов на золоотвале лесостепной зоны в зависимости от экотопа рудеральных (Artemisia absinthium, Berteroa incana, Erysimum cheirantoi des), к более сложным по видовому составу разнотравно-полынным фи тоценозам.

Через 35 лет на «чистой» золе формируется разнотравно-полынно злаковый фитоценоз с преобладанием Festuca pseudovina, Poa pratensis, Calamagrostis epigeios, Artemisia dracunculus.

Сравнение одновозрастных исследованных растительных сообществ показало, что на золе сформировались обедненные по видовому соста ву, разреженные и менее ценные в хозяйственном отношении расти тельные сообщества, чем на золе с покрытием почвой.

ГЛАВА 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФИТОРАЗНООБРАЗИЯ НА ЗОЛООТВАЛАХ На золоотвалах Верхнетагильской и Южноуральской ГРЭС просле жена динамика формирования флоры.

4.1. Анализ динамики биоэкологической структуры флоры золоотвала Верхнетагильской ГРЭС В растительных сообществах золоотвала ВТГРЭС с момента их об разования и в последующие годы наблюдалось постоянное увеличение видового разнообразия флоры. За 24 года (с 1976г. по 2000г.) количест во видов увеличилось в 2,6 раза и достигло 170 видов.

По продолжительности жизни фиторазнообразие флоры золоотвала обогащалось, преимущественно, за счет многолетников, число которых за 24 года возросло в 3,2 раза, а доля увеличилась с 64,7% до 79.4%.

Анализ динамики экоморф в структуре флоры показал, что наблюда ется численное увеличение практически всех выделенных групп видов, но процентная структура остается близкой к исходной: преобладают мезофиты (65,9 %), четко выделяются почти равновесные группы более ксерофитных видов (18,3 %) и влажных местообитаний (15,8 %).

К 2000 г. во флоре золоотвала ВТГРЭС наблюдается изменение в соотношении ценотических групп: значительно возрастает количество и доля лесных видов (от 6,2 % - 4 вида в 1976 г. до 21,2 % - 36 видов к 2000 г), существенно уменьшается доля сорно-рудеральных и лугово сорных видов (с 47,8 % - 1976 г. до 26,4 % - 2000 г.). Доля луговых и лугово-лесных видов практически не меняется (39,9-38,9 %).

За 24 года в структуре биоморф флоры золоотвала значительно уве личилась доля древесных видов (от 4,6% до 29,6%), произошло умень шение доли малолетних трав (от 29,2 % до 17,1 %), доля многолетних трав не изменилась. Анализ динамики парциальной флоры золоотвала ВТГРЭС по географическим элементам показывает, что при общем увеличении абсолютного числа видов во всех выявленных широт ных группах, наблюдается увеличение доли бореальных видов (от 64,6 % в 1976 г. до 71,2 % в 2000 г.) и уменьшение доли полизональных видов (26,2 % - 14,7 %). Среди долготных групп наблюдается увеличение доли евразиатских видов (от 44,6 % до 58,8 %).

4.2. Анализ динамики биоэкологической структуры флоры золоотвалов Южноуральской ГРЭС Динамика фиторазнообразия и биоэкологической структуры флоры золоотвалов Южноуральской ГРЭС прослежена в течение 19 лет на при мере парциальных флор двух одновозрастных золоотвалов: рекультиви рованного с покрытием почвой и посевом многолетних трав и золоотва ла, где флора формировалась на «чистой» золе без покрытия. В первом случае формирование флоры шло в результате трансформации 14-летних культурфитоценозов, уход за которыми к 1980 г. в течение последних лет не проводился, во втором случае - в процессе самозарастания. На обоих золоотвалах снизилось видовое разнообразие флор с 87 до 50 и с 60 до 37 видов соответственно на золе с покрытием и на «чистой» золе.

Анализ динамики биоэкологической структуры парциальных флор зо лоотвалов показал следующее. По продолжительности жизни ведущую роль в структуре флоры играют многолетние виды, на рекультивирован ном золоотвале их доля за исследуемый период незначительно возросла (56,4 % - 1980 г. и 58,0 % - 1999 г.), на «чистой» золе увеличилась с 53, % до 62,2 %.

За 19 лет структура экоморф рекультивированного золоотвала прак тически не изменилась: основу ее составили мезофиты (42,2 %), ксеро мезофиты (32,0 %) и мезоксерофиты (18,0 % ). На «чистой» золе за этот же период произошла значительная ксерофитизация видового состава (увеличилась доля ксеромезофитных видов), мезофиты составили 29,8%, ксеромезофиты-48,6% и мезоксерофиты — 13,5 %.

Анализ структуры флоры золоотвала по ценотическим группам пока зал, что на рекультивированном золоотвале и на «чистой» золе преобла дают группы сорно-рудеральных и лугово-сорных видов, их доля с уве личением возраста золоотвалов практически не меняется. Значительное участие в структуре флоры принимают группы лугово-степных и степ ных видов, на «чистой» золе их доля - увеличивается, на рекультивиро ванном золоотвале наблюдается небольшой рост группы луговых видов.

Анализ географической структуры парциальной флоры золоотвалов по казал, что на рекультивированном золоотвале и на «чистой» золе среди широтных групп преобладают группы лесостепных и степных видов, значительную часть составляют полизональные виды. За 19 лет геогра фическая структура флоры на рекультивированном золоотвале не изме нилась, на «чистой» золе наблюдается уменьшение доли полизональных видов. Среди долготных групп как на рекультивированном золоотвале, так и на «чистой» золе преобладает группа евразиатских видов.

В структуре биоморф как на рекультивированном золоотвале, так и на «чистой» золе преобладают многолетние травы -62,0% и 62,6 % со ответственно.

4.3. Анализ систематической структуры флоры золоотвалов Изучение парциальной флоры золоотвала Верхнетагильской ГРЭС (таёжная зона) показало, что через 10 лет после проведения биологиче ской рекультивации (1980 г.) в формирующихся растительных сообще ствах золоотвала произрастало 113 видов высших сосудистых растений, относящихся к 95 родам и 27 семействам.

Через 20 лет (2000г.) видовое богатство флоры значительно увели чилось. Было выявлено 170 видов высших сосудистых растений, отно сящихся к 118 родам и 33 семействам.

За 20 лет значительно увеличилось количество древесных видов (с 13 до 25), что составляет 14,7 % от общего количества видов. Древесные виды представлены, в основном, семействами: Salicaceae (10 видов), Pinaceae (5 видов), Rosaceae (4 вида), Betulaceae (3 вида).

Ведущие 10 семейств включают 72,8 % всех видов флоры. За 20 лет на золоотвале ВТГРЭС произошло значительное увеличение видового богатства за счет увеличения общего количества видов почти во всех семействах, а также появление видов новых семейств (Суреrасеае, Ophioglossaceae, Pyrolaceae, Vacciniaceae), характерных для бореальной зоны.

Для сравнения было проведено изучение флоры золоотвалов Южно уральской ГРЭС (лесостепная зона) с интервалом в 19 лет. При обсле довании золоотвалов в 1980 г. в растительных сообществах, форми рующихся на золе и на золе с покрытием почвой было выявлено 92 ви да, относящихся к 62 родам и 20 семействам.

Исследования флоры золоотвалов ЮУГРЭС, проведенные через лет, показали, что на золоотвалах произошло значительное уменьшение видового разнообразия. Всего в растительных сообществах на «чистой» золе и на золе с покрытием было выявлено 64 вида, что на 28 видов меньше, чем в 1980 г., число родов также уменьшилось — с 62 до 53.

Число семейств (21) не изменилось. Ведущие 10 семейств включают 82,3 % от общего числа видов. Древесные виды на золоотвале представ лены одним видом - Elaeagnus angustifolia L.

Ведущее положение в структуре парциальных флор золоотвалов в обеих климатических зонах занимают семейства Asteraceae, Poaceae, Fabaceae. В растительных сообществах золоотвалов 30-летнего возраста в таёжной зоне они составляют 37,6 % а в лесостепной - 53,3 %. Порядок расположения семейств в разных зонах различается. Во флоре золоотвала ВТГРЭС (таежная зона) первое место по числу видов занимают семейст ва Asteraceae и Роасеае, далее следует Fabaceae, во флоре золоотвала ЮУ ГРЭС (лесостепная зона) - Asteraceae, затем следует Fabaceae, на третьем месте - Роасеае.

ГЛАВА 5. МИКОСИМБИОТРОФИЗМ ФИТОЦЕНОЗОВ ЗОЛООТВАЛОВ В растительных сообществах, формирующихся на золоотвалах Юж ноуральской и Верхнетагильской ГРЭС, расположенных в разных зо нально-климатических условиях нами была изучена микотрофность у травянистого вида в зависимости от свойств субстрата.

Проведенные исследования показали, что растительный покров всех участков золоотвалов представлен в основном микотрофными видами:

на ВТГРЭС - 93,1 %, на ЮУГРЭС - 62,0 %. Подавляющее большинство видов в сообществах на «чистой» золе и на золе с покрытием грунтом являются слабомикотрофными. Виды, являющиеся субдоминантами и доминантами, имеют более высокие показатели степени микотрофности, это представители семейств Роасеае, Asteraceae, Fabaceae. Средние пока затели степени микотрофности на золе чуть выше, чем на золе с покры тием грунтом. Процент микотрофных видов и средние показатели мико трофности в подзоне южной тайги выше, чем в лесостепной зоне. Мико симбиотрофические коэффициенты фитоценозов, формирующихся в ус ловиях золоотвалов, ниже, чем в естественных сообществах таежной и лесостепной зоны.

выводы Проведенные долгосрочные исследования на золоотвалах тепловых электростанций, расположенных в таежной и лесостепной зонах, позво лили разработать схемы формирования растительности в зависимости от возраста и экологических условий и охарактеризовать направленность и динамику протекания этих процессов.

1. Зола золоотвалов тепловых электростанций представляет собой специфический субстрат, не имеющий аналогов в природе.

2. На золоотвале в таежной зоне на участках самозарастания зольного субстрата формирование растительности идет от первичных бескильни цевых группировок к образованию простых разнотравно-злаковых расти тельных группировок. Со временем формируются злаково-разнотравные и разнотравно-злаковые растительные сообщества с рединой древесных видов: Betula pendula, Betula pubescens, Populus tremula и ив, а также густые заросли ив.

Полосное нанесение фунта разнообразит экотопы, и определяет раз нообразие растительности. На грунтовом покрытии формируются лес ные фитоценозы со значительной долей участия, а иногда и доминиро вания Pinus sylvestris. На полосах с посевом многолетних трав при ска шивании наблюдается задержка формирования древесного яруса.

Через 25-30 лет после проведения биологической рекультивации на значительной части золоотвала формируются лесные фитоценозы с до минированием Pinus sylvestris, Betula pendula, Betula pubescens, появля ются единичные всходы хвойных пород: Larix sibirica, Picea obovata, Pinus sibirica, формируется кустарничковый ярус из видов, характерных для бореальной зоны. На «чистой» золе на значительной части золоот вала при благоприятном увлажнении формируются травянистые сооб щества с доминированием Deschampsia cespitosa с последующим внедрением деревьев и кустарников.

3. На золоотвале в лесостепной зоне на участках самозарастания "чистой" золы формирование растительного покрова идет медленно, от простых несомкнутых растительных группировок с обедненным видо вым составом, в состав которых входят наиболее устойчивые к произ растанию на зольном субстрате виды местной флоры, среди которых много сорно-рудеральных. Через 35 лет на "чистой" золе формируется разнотравно—злаково-полынный фитоценоз с пребладанием Festuca pseudovina. Роа pratensis, Calamagrostis epigeios, Artemisia dracunculus.

На рекультивированном золоотвале после покрытия слоем почвы и посева многолетних трав сразу формируются продуктивные и хозяйст венно ценные растительные сообщества с преобладанием высеянных видов. При дальнейшей трансформации культурфитоценозов произош ло постепенное за 10-15 лет вытеснение культурных видов (особенно бобовых) дикорастущими. Через 35 лет после проведения биологиче ской рекультивации на рекультивированном золоотвале сформировался разнотравно-полынно-злаковый фитоценоз с преобладанием Роа praten sis и Agropyron cristatum.

Рекультивационные мероприятия на золоотвалах ускоряют форми рование растительного покрова, меняют направление развития фитоце нозов и их динамику.

В растительных сообществах золоотвалов, формирующихся в разных экотопах, с увеличением возраста наблюдается увеличение надземной фитомассы и относительного и абсолютного веса подземных органов травянистых растений.

4. Парциальная флора золоотвала Верхнетагильской ГРЭС (таежная зона) через 30 лет после проведения биологической рекультивации на считывает 170 видов высших сосудистых растений, относящихся к родам и 33 семействам. Ведущие 10 семейств включают 72,8% всех ви дов флоры. За 24 года во флоре золоотвала ВТГРЭС произошло значи тельное увеличение видового богатства за счет увеличения общего числа видов. Подробный систематический и биоэкологический анализ флоры показал, что на золоотвале происходят процессы сильватизации, за счет усиления эдификаторной роли древесных видов, характерных для боре альной зоны.

5. Парциальная флора золоотвалов Южноуральской ГРЭС (лесостеп ная зона) через 35 лет после проведения биологической рекультивации насчитывает в растительных сообществах на «чистой» золе и на золе с покрытием почвой 64 вида сосудистых растений, относящихся к 53 ро дам и 21 семейству. Ведущие 10 семейств включают 82,3% всех видов флоры. За 24 года во флоре золоотвалов ЮУГРЭС произошло значитель ное уменьшение видового богатства. Подробный систематический и био экологический анализ флоры показал, что формирование растительности сопровождается значительной ее ксерофитизацией особенно в сообщест вах на «чистой» золе, в основном за счет лугово-степных видов, харак терных для лесостепной зоны.

Формирование растительных сообществ золоотвалов как в таежной, так и лесостепной зонах идет по пути сближения с растительностью зо нального типа.

6. Изучение микосимбиотрофизма травянистых видов на золоотвалах таежной и лесостепной зоны показало, что растительный покров всех участков золоотвалов, представлен, в основном, микотрофными видами.

Виды, являющиеся доминантами и субдоминантами, имеют относитель но высокие показатели микотрофности. Средние показатели микотроф ности на золе выше, чем на грунте. Процент микотрофных видов и сред ние показатели микотрофности в подзоне южной тайги выше, чем в лесо степной зоне. Средние показатели микотрофности в растительных сооб ществах, формирующихся на золоотвалах ниже, чем в естественных со обществах зонального типа.

Наиболее высокие показатели микотрофности имеют виды, относя щиеся к семействам Asteraceae, Poaceae и Fabaceae.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1.Чибрик Т. С, Кравченко Н. В. Флора и растительность золоотвалов в зависимости от зонально-климатических условий // Растения и про мышленная среда. Свердловск: УрГУ, 1990. С. 8-22.

2.Кравченко Н. В., Чибрик Т. С. Микосимбиотрофизм фитоценозов на золоотвалах // Ботанические исследования на Урале: Информ. Мате риалы. Свердловск, 1990. С. 49.

З.Кравченко Н.В., Саламатова Н. А. Флористический состав расти тельных сообществ золоотвалов в таежной и лесостепной зонах // Рас тения и промышленная среда: Тез. докл. 1-й Всесоюз. науч. конф.

Днепропетровск, 20-22 марта 1990 г. С. 28.

4.Кравченко Н.В., Саламатова Н. А. Оценка опыта биологической рекультивации золоотвалов тепловых электростанций // Промышлен ная ботаника: Состояние и перспективы развития. Тез. докл. республ.

науч. конф., посвящ. 25-летию Донецкого ботанического сада АН УССР (Донецк, сентябрь 1990 г.). Киев, 1990. С. 192.

5.Лукина Н. В., Глебова О.Б. Микосимбиотрофизм фитоценозов на золоотвалах II Экология и охрана окружающей среды: Тез. докл. на 2-й Междунар. науч-практ. конф. (Пермь, 12—15 сент. 1995 г.) Пермь, 1995.

Ч. 3. С. 25-26.

б.Лукина Н.В. Микосимбиотрофизм фитоценозов золоотвалов // Экологические исследования на Урале. Екатеринбург. Изд-во Урал, ун та, 1997. С. 109-120.

7.Чибрик Т.С., Глазырина М. А., Лукина Н. В. Роль рекультивацион ных мероприятий в формировании экосистем на золоотвалах // Биоло гическая рекультивация нарушенных земель: Тез. докл. Междунар. со вет. (Екатеринбург 26-29 авг. 1996 г.) Екатеринбург: УрО РАН, 1996.

С.167-168.

8.Лукина Н.В. Флористический состав сообществ золоотвала Южно уральской ГРЭС // Б. П. Колесников - выдающийся отечественный ле совед и эколог. К 90-летию со дня рождения: Тез. докл. научн. конф.

(Екатеринбург, 7-8 декабря 1999 г.). Екатеринбург: УрГУ, 1999. С. 64.

9.Лукина Н.В. Некоторые особенности формирования растительно сти на золоотвалах Южноуральской ГРЭС // Итоги интродукции и се лекции травянистых растений на Урале. Екатеринбург: Изд-во Урал, ун та 2001. С. 135-146.

Ю.Чибрик Т. С, Лукина Н. В., Глазырина М. А., Филимонова Е. И.

Характеристика фиторазнообразия тридцатилетних золоотвалов тепловых электростанций // Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий. Материалы Междунар. науч. конф. (Оренбург, 30—31 января 2001 г.). Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2001. С. 199-200.