CC BY
54
--Аграрный вестник Урала № 6 (98), 2012 г. -
Экология
МОНИТОРИНГ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ТОБОЛЬСКОГО НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО КОМБИНАТА
Н. Г. ИЛЬМИНСКИХ,
доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией рекультивации и озеленения Агротехнологического института Тюменской государственной сельскохозяйственной академии,
Е. И. ПОПОВА,
кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории «Экотоксикология» Тобольской комплексной научной станции Уральское отделение РАН
625003, Тюмень, ул. Республики, д. 7; тел. 89220427585;
тел. 89129271371; е-mail: [email protected]
Положительная рецензия представлена Б. С. Харитонцевым, доктором биологических наук, профессором (Тобольская государственная социально-педагогическая академия имени Д. И. Менделеева).
Ключевые слова: мониторинг, видовое богатство, продуктивность, морфометрические значения. Keywords: monitoring, type variety, productivity, morphometric meaning.
Реакция растительного покрова на загрязнение окружающей среды сложна и неоднозначна. Здесь играют роль не только вид загрязнения, его концентрация в среде и время воздействия, но и способность самих растений поглощать загрязнители, общее состояние растений, условия произрастания. Поэтому анализ влияния загрязнения на функционирование фитоценозов требует постоянного проведения наблюдений и мониторинговых исследований.
Цель и методика исследований.
В пределах промкомплекса Тобольского нефтехимического комбината (ТНХК) на восточной окраине г. Тобольска начато строительство крупного завода по производству пропилена. С целью долговременного комплексного мониторинга возможной техногенной динамики лесной растительности и выявления ответных реакций отдельных видов растений, их сообществ на возможное загрязнение атмосферы, проведено подробное исследование двух геоботанических площадок: площадка № 1 заложена непосредственно около ограждения промкомплекса, площадка № 2 в 2,2 км восточнее, за пределами санитарно-защитной зоны (СЗЗ) объекта. Площадки квадратные со стороной 20 х 20 м. При подборе площадок мы стремились достичь их максимального сходства во всех отношениях.
При подборе площадок использовали метод пробных площадок. Каждая площадка представляла собой выборку (пробу) из генеральной совокупности (в данном случае — больших пространств тайги). Основные методические требования к такой пробе при изучении фитоценозов (растительных сообществ) следующие: [1-3; 5—8]. Из размеров наблюдательных площадок (10 на 10 в луговых и болотных ассоциациях, либо 20 на 20 в лесных ассоциациях) были выбраны последние, поскольку в природном окружении преобладают лесные фитоценозы, соблюдались требования типичности и гетерогенности-гомогенности при подборе участков для наблюдательных площадок.
Результаты исследований.
Площадка № 1 представляет собой квадрат со сторонами 20 м. Стороны квадрата ориентированы строго по сторонам света: с севера на юг и с востока на запад. Углы квадрата маркированы на местности колышками. Она находится в 60 м от ограждения (восточных ворот) по асфальтированной дороге на восток. До юго-западного угла площадки 17 м от насыпи асфальтированной дороги на север.
Площадка № 1 расположена на типичном, возможно более гомогенном участке ВеШ1еШт calamagrostidosum (langsdorff^i) — березняка лангсдорфовейникового. Рельеф ровный, со слабо выраженным уклоном на запад, в направлении промплощадки. Микрорельеф коч-карно-западинистый. В западинах (мочажинах) в дни наблюдений воды нет, но, судя по почти полному отсутствию растительности в них, вода в этих микропонижениях в дождливое время регулярно выступает на дневную поверхность. На площадке имеется несколько упавших стволов БаИх рвШапёга Ь. (Ивы пятитычинковой), покрытых дереворазрушающими грибами. Пни этих деревьев высокие (до 2, 5 м), также покрыты трутовиками. Подроста и подлеска почти нет. Древостой разреженный, состоит из БвШ1а pubescens ЕЬгЬ. (березы пушистой) в числе 62 стволов. Высота берез 16—17 м, средний диаметр 18—20 см. Стволы берез сплошь покрыты лишайниками, особенно на северной стороне. Среди массива берез имеется два живых ствола Ивы пятитычинковой 15 м высотой и 18 см средним диаметром, а также 3 сухих отмерших ствола. В подлеске отмечены 3 экземпляра БогЬт sibiricа Hedl. (Рябины сибирской) высотой 120—150 см.
Травяно-кустарничковый ярус собственно кустарничков не имеет. Общее проективное покрытие 40 %, что является небольшой величиной и связано с большим числом мочажин. Доминирующим видом является Calamagrostis langsdorffii (вейник Лангсдорфа). Аспектирует также Бо1апит kitagawae (паслен Китагавы), хотя и имеющий относительно небольшое
обилие-покрытие (1 балл по шкале Браун-Бланке), но обильно цветущий и плодоносящий. На площадке выявлено 28 видов сосудистых растений из 22 родов и 16 семейств (табл. 1).
Площадка № 2 выбрана на расстоянии 2,2 км от площадки № 1, за пределами санитарнозащитной зоны промплощадки. Местоположение этой площадки выбрано, исходя из следующих принципиальных положений. Во-первых, максимальное сходство с площадкой № 1. Во-вторых, необходимое удаление от промплощадки. В-третьих, необходимость учета розы ветров. В-четвертых, хорошая доступность для повторных посещений и наблюдений.
Обе площадки имеют весьма близкий видовой состав растений, а доминирующие и содоминирующие виды практически совпадают, расположены на типичном, возможно более гомогенном участке ВеЫеШт caricoso-calamagrostidosum (langsdorffii) - Березняка осоково-лангсдорфовейникового. Рельеф ровный. Микрорельеф кочкарно-западинистый. В западинах (мочажинах, вымочках) на дневную поверхность выступает болотная вода. Подрост и подлесок слабо выражены, представлены березой пушистой (5 всходов, 1 имматурная особь 30 см выс.), сосной обыкновенной (6 экз., средняя высота 2,5 м), рябиной сибирской (1 экз. 2 м высотой, 2 всхода, 1 экз. 30 см высотой). Древостой разреженный, сомкнутость крон 0,3, состоит из березы пушистой в числе 26 стволов. Средняя высота берез 15 м, средний диаметр 16 см. Часть берез суховершинит. В древостое имеются два еще не упавших сухих мертвых ствола берез, аналогичных с живым древостоем параметров, а также 1 сухой ствол осины (Роры1т 1гвты1а Ь.) диаметром 30 см. Стволы берез сплошь покрыты лишайниками.
Травяно-кустарничковый ярус не имеет кустарничков. Общее проективное покрытие его составляет 60 %. Аспектирующим видом является вейник Лангсдорфа. На площадке выявлено 24 вида сосудистых растений из 20 родов и 14 семейств (табл. 1).
Плотность фитоценозов на наблюдательных площадках включает в себя: общее среднее число особей на трехметровых пробных квадратах — 103 (площадка № 1), 168 (площадка № 2). Индекс видового богатства ^) на площадке № 1 — 3,21, что незначительно, но больше, чем на площадке № 2 — 1,85.
Значение фитомассы на площадке № 2 (сырая фитомасса — 310,15 г/м2, сухая — 88,71 г/м2) более чем в два раза превышает показатели фитомассы на площадке № 1 (сырая фитомасса — 139,14 г/м2, сухая — 42,26 г/м2). Показатели продуктивности по кислороду фитоценоза на площадке № 2 также значительно превышают соответствующие значения на площадке № 1.
Семенная продуктивность фитоценозов как в целом, так и по отдельным видам растений, на площадке № 2 выше, чем на площадке № 1. Относительно данного факта на основании одномоментных наблюдений выводы пока делать рано. Тем не менее, следует отметить, что
Таблица 1
Сопоставление видового состава сосудистых растений наблюдательных площадок № 1 и № 2 в районе Тобольского
нефтехимического комбината
Виды Площадка Я 1 Площадка Я 2
Сем. Eauisetaceae — хвощевые
Equisetum sylvaticum L. (хвощ лесной) + +
Сем. Dryopteridaceae — щитовниковые
Dryopteris carthusiana (Vill.) H. P. Fuchs (щитовник шартрезский) + +
Сем. Pinaceae — сосновые
Pinus sylvestris L. (сосна обыкновенная) + +
Сем. Ranunculaceae — лютиковые
Caltha palustris L. (калужница болотная) + +
Ranunculus repens L. (лютик ползучий) + -
Сем. Caryophyllaceae — гвоздичные
Stellaria uliginosa Murr. (звездчатка топяная) + -
Сем. Polygonaceae — гречишные
Rumex aquaticus L. (щавель водный) - +
Сем. Betulaceae — березовые
Betula aggr. pubescens Ehrh. (береза пушистая) + +
Сем. Primulaceae — первоцветные
Naumburgia thyrsiflora (L.) Reichenb. (китзляк кистецветный) + +
Trientalis europaea L. (седмичник европейский) + +
Сем. Salicaceae — ивовые
Salix myrsinifolia Salisb. (ива мирзинолистная) + -
Salix pentandra L. (ива пятитычинковая) + -
Salix cinerea L. (ива пепельная) + -
Сем. Rosaceae — розовые
Comarum palustre L. (сабельник болотный) + +
Filipendula ulmaria (L.) Maxim. s. str. (лабазник вязолистный) - +
Rubus arcticus L. (малина арктическая) + +
Sorbus sibirica Hedl. (рябина сибирская) + +
Сем. Onagraceae — кипрейные
Epilobium montanum L. (кипрей горный) + +
Epilobium palustre L. (кипрей болотный) + -
Сем. Rubiaceae — мареновые
Galium palustre L. (подмаренник болотный) + +
Galium uliginosum L. (подмаренник топяной) - +
Сем. Solanaceae — пасленовые
Solanum kitagavae Schonb.-Tem. (паслен Китагавы) + -
Сем. Lamiaceae — губоцветные
Scutellaria galericulata L. (шлемник обыкновенный) + +
Stachys palustris L. (чистец болотный) + +
Сем. Asteraceae — сложноцветные
Lactuca sibirica (L.) Benth. ex Maxim. (латук сибирский) + -
Сем. Convallariaceae — ландышевые
Maianthemum bifolium (L.) F. W. Schmidt (майник двулистный) - +
Сем. Cyperaceae — сытевые (осоковые)
Carex orthostachys C. A. Meyer (осока прямоколосая) + +
Carex juncella (Fries) Th. Fries (осока ситничек) + -
Carex diandra Schrank (осока двутычинковая) + +
Carex vesicaria L. (осока пузырчатая) + +
Экология ъ*)
Carex sp. (осока, вегетирует) - +
Сем. Poaceae — злаковые
Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin. (вейник Лангсдорфа) + +
Phragmites australis (Cav.) Trin.ex Steud. (тростник обыкновенный) + +
Число видов 28 24
Всего видов 33
в числе прочих факторов, на семенной продуктивности существенно сказывается абсолютное число генеративных побегов, которых больше на площадке № 2.
Напротив, накопленный запас биомассы древесины на площадке № 1 (384 м3/га) существенно превосходит таковой на площадке № 2 (84,5 м3/га). Эти значения весьма показательны для сравнения травостоев обеих площадок в функциональном отношении. Действительно, как показано выше, травяной ярус лесного фитоценоза на площадке № 1 более угнетен сравнительно с травостоем на площадке № 2 в силу прежде всего конкурентного влияния за биогенные элементы со стороны древостоя и его затеняющего воздействия.
Из весовых соотношений фитоценотипических групп растений фитоценозов наблюдательных площадок, наибольшая доля приходится на доминанты, масса которых в четыре раза больше на площадке № 2 (сырая фитомасса — 290,30 г/м2, сухая — 78,31 г/м2), чем на площадке № 1 (сырая фитомасса — 65,12 г/м2, сухая — 13,79 г/м2), фитомасса субдоминантов и ассектаторов мало отличается. На площадке № 1 отмечено присутствие фитоценотипической группы «Редкие растения», их фитомасса составляет: сырая — 39,54, сухая — 10,35 г/м2.
Весовое соотношение таксономических групп растений фитоценозов на площадках сильно различается.
На площадке № 1 однодольные превосходят двудольные растения по фитомассе более чем в 6 раз, а на площадке № 2 — в 56,6 раз, т. е. их по массе больше почти в десять раз.
Морфометрический анализ растений на наблюдательных площадках показал, что на площадке № 1 растения отличаются меньшими размерами, происходит прежде всего уменьшение ассимиляционной поверхности. Так, например, длина листа у вейника Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin.) изменяется от 25,76 ± 0,12 см (площадка № 1) до 26,97 ±
0,17 см (площадка № 2), осоки двутычинковой (Carex diandra Schrank) от 45,12 ± 0,62 см (площадка № 1) до 48,07 ± 0,12 см (площадка № 2). Как правило, на площадке № 1 среднее значение массы растения, высота побега также уменьшаются. Наряду с этим уменьшается соответственно и индекс листа, определенным образом изменяются размеры наблюдаемых растений. Исследование особенностей изменения морфометрических признаков позволило констатировать факт достоверного, но незначительного уменьшения листовой пластинки у растений данной наблюдательной площадки. При этом число листьев достоверно мало отличается.
Растениям свойственна дифференцированная устойчивость различных частей и органов к неблагоприятным факторам внешней среды, при изучении которой широко применяется коэффициент вариации. Сравнительная оценка величин коэффициентов вариации, амплитуды изменчивости, среднеквадратичных отклонений позволяет судить о степени изменчивости признаков, выделить так называемые ключевые признаки, характеризующиеся повышенной стабильностью или пластичностью. Коэффициент вариации, довольно полно отражающий наследственный потенциал индивидуальной и популяционной изменчивости, дает определенное представление об адаптивной норме реакции отдельных признаков на среду [4]. Анализ приведенных данных показал, что на условия площадки № 1 растения отвечали повышением изменчивости трех (из шести исследованных) морфометрических признаков (индекс листа (Phragmites australis (Cav.) Trin.ex Steud. (тростник обыкновенный), Carex diandra Schrank (осока двутычинковая), Carex vesicaria L. (осока пузырчатая), Naumburgia thyrsiflora (L.) Reichenb. (кизляк кистецветный), ширина листа (Phragmites australis (Cav.) Trin.ex Steud. (тростник обыкновенный), Carex diandra Schrank (осока двутычинковая), число листьев Scutellaria galericulata L. (шлемник обыкновенный), Stachys palustris L. (чистец болотный)). У растений площадки № 2 отмечалось повышение изменчивости морфометрических признаков по массе растения ((Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. (тростник обыкновенный), числу листьев (Carex diandra Schrank (осока двутычинковая), длине, ширине и индексу листа (Comarum palustre L. (сабельник болотный).
Исследование оценки состояния среды по величине флуктуирующей асимметрии листового аппарата березы пушистой показало, что растения березы пушистой на участке № 1 испытывают критическое влияние окружающей среды. Так как уровень стабильности развития зависит от условий обитания растений, то соответственно можно оценивать и состояние окружающей среды, при этом состояние среды на участке № 2 является условно нормальным.
Выводы. Рекомендации.
Таким образом, проведенные исследования первоначального (мониторингового) состояния лесных фитоценозов на наблюдательных площадках в СЗЗ около промплощадки ТНХК (площадка № 1) и на фоновой территории (площадка № 2) показало, что изученные фитоценозы отличаются друг от друга как в силу природно-антропогенных, так и техногенных экологических факторов. Площадка № 1 испытывает последействие строительства промкомплекса ТНХК (прежде всего осушающее влияние дренажных канав, благотворно сказавшееся на состоянии древостоя) и современные техногенные воздействия.
Приведенные морфо-структурные и функциональные параметры фитоценозов в пределах наблюдательных площадок № 1 и № 2 могут послужить основой для создания базы данных (архива) стартового состояния лесных
фитоценозов как в непосредственной близости Будущие исследования, проведенные по этим же от строящегося объекта в пределах санитарно- методикам, позволят адекватно отслеживать воз-защитной зоны промплощадки ТНХК, так и можную техногенную динамику рассмотренных на фоновой территории, за пределами объекта. лесных экосистем.
Литература
1. Быков Б. А. Экологический словарь. Алма-Ата : Наука, 1988. 212 с.
2. Вальтер Г. Общая геоботаника. М. : Мир, 1982. 264 с.
3. Воронов А. Г. Геоботаника. М. : Высшая школа, 1973. 384 с.
4. Жученко Б. А. Адаптивный потенциал культурных растений. Кишинев : Штиница, 1988. 766 с.
5. Марков М. В. Общая геоботаника. М. : Высшая школа, 1962. 452 с.
6. Миркин Б. М., Розенберг Г. С., Наумова Л. Г. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии. М. : Наука, 1989. 223 с.
7. Шенников А. П. Введение в геоботанику. Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1964. 448 с.
8. Ярошенко П. Д. Геоботаника. М : Просвещение, 1969. 200 с.
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НАРУШЕННЫХ ГРУНТОВ КРАЙНЕГО СЕВЕРА В СВЯЗИ С ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИЕЙ
А. С. МОТОРИН,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
А. В. ИГЛОВИКОВ,
преподаватель, Тюменская государственная сельскохозяйственная академия
e-mail: [email protected]
Положительная рецензия представлена В. В. Новохатиным, доктором технических наук, заведующим кафедрой картографии и геоинформационных систем Тюменского государственного университета.
Ключевые слова: температура, влажность, многолетние травы, нарушенные земли, наименьшая влаго-емкость, биологическая рекультивация.
Keywords: temperature, humidity, perennial grasses, and the disturbed land, the water-holding capacity, biological recultivation.
Промышленное освоение нефтегазовых земель Крайнего Севера, строительство здесь новых автомобильных и железных дорог увеличивает количество техногенно нарушенных земель.
В результате деятельности предприятий нефтяной и газовой промышленности происходит формирование территорий, представляющих собой безжизненные песчано-пустынные субстраты.
Особо остро вопрос увеличения площади нарушенных земель стоит на полуострове Ямал. Здесь насчитывается огромное количество карьеров, т. к. песок является основным материалом для сооружения площадок под буровые, строительства зданий, дорог, трубопроводов и других сооружений. В связи с расширением эксплуатации старых и освоением новых месторождений количество нарушенных нефтегазодобычей земель (песчаных карьеров с открытым типом добычи минерального грунта) официально составит на полуострове до 10 % его общей площади [2].
Известно, что природные системы Севера отличаются повышенной ранимостью и
хрупкостью, обусловленной нестабильностью многолетнемерзлых пород, резкими колебаниями параметров абиотических условий, сравнительной простотой структуры и относительно невысоким видовым разнообразием растительных сообществ. Техногенные нарушения поверхности территории многолетнемерзлых почв приводят к изменению гидротермических условий и впоследствии к усилению криогенных и других геологических процессов, изменяющих ландшафт в нежелательном направлении.
Объекта, условия и методика проведения исследований.
Экспериментальная работа выполнена в зоне тундры на дне карьера намывного грунта 3-годичной выработки Бованенковского неотега-зоконденсатного месторождения (далее БНГКМ) и в зоне лесотундры на дне песчаного карьера 15-летней выработки, расположенного в 15 км от г. Салехарда.
Климатические особенности Крайнего Севера обусловлены географическим положением. Среднегодовая температура в зоне лесотундры -5°С, в зоне тундры -7°С. Сумма эффективных температур в зоне лесотундры (выше +5°С)
