CC BY
59
УДК 582.323 / .275.-152
1 2
Н.А. Малахова , Н.П. Миронычева-Токарева
1 НГАУ, Новосибирск
2 СГГА, Новосибирск
СИНГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЭТАП ЗАРАСТАНИЯ ОТВАЛОВ КУЗБАССА
1 2
N.A. Malakhova , N.P. Mironycheva-Tokareva
1 Novosibirsk state agrarian university
Siberian State Academy of Geodesy, Novosibirsk
SYNGENETIC STAGE OF COAL MINE SPOIL REVEGETATIONIN THE KUZBASS REGION
The initial stages of soil and plant cover development on the coal mining spoil, not
subjected to reclamation and recultivation, were found to have low diversity of plant species.
The exposition of the spoil was shown to influence soil algal communities as the ones of the northern slopes were dominated by the green algae, while the blue-green algae (cyanobacteria) dominated the communities of the southern slopes.
Ведущим механизмом трансформации техногенных отвалов являются биологические процессы, сопровождающие становление и развитие биоценозов. Основные их участники - первоначально поселяющиеся в субстратах отвалов организмы. Среди них особое внимание заслуживают водоросли. Эта группа растений благодаря способности к фотосинтезу играет значительную роль в накоплении органического вещества, являясь звеном продуцентов в круговороте, связывающего почвогрунты с литосферой и биосферой Земли. Они способны вступать во взаимодействие со всеми компонентами биогеоценозов и тем самым выполнять значимую роль в их функционировании.
Развитие водорослей на субстратах отвалов идёт по модели стимулирования, представляя сингенетический этап зарастания (Миркин и др., 2002). При этом поселяющиеся виды улучшают условия обитания для новых. На поверхность субстрата в процессе водно-ветровой эрозии заносятся различные водоросли, часть из которых погибает, другая остаётся в неактивном состоянии и только некоторые, способные вегетировать в данных условиях, начинают развиваться. Среди пионеров в освоении вновь образовавшихся поверхностей отвалов рассматривается группа синезелёных водорослей, представленная видами сем. Chroococcaceae (рода Gloeothece, Gloeocapsa), сем. Oscillatoriaceae (рода Phormidium, Microcoleus, Plectonema) и пор. Nostocales (род Nostoc) (Штина и др., 1985). В некоторых случаях первоначальное заселение субстрата синезелёными водорослями происходит лишь на отдельных участках, а пионерами освоения выступают мелкие диатомовые и зелёные водоросли, легко заносимые ветром (Shelhorn, 1936; Дорохова, 1989).
Задачей работы стало выявление особенностей организации альгогруппировок в сформированных грунтах отвалов на начальном этапе зарастания.
Материал и методика
Исследования проведены в 1996-2002 гг. на автомобильных неспланированных отвалах пород пермского возраста угольного разреза «Листвянский» лесостепной зоны Кузнецкой котловины. Пробы отбирали послойно (каждая из которых представляет усреднённый вариант из 10 образцов) и доводили до воздушно-сухого состояния. В лабораторных условиях для выявления видового состава водорослей использовали метод водных и чашечных культур со стёклами обрастания. Культуры выращивали стационарно в установке «Флора-1» при освещении лампами дневного света по 12-14 час в сутки и средней температуре 24-25° С. Почвогрунты увлажняли средой Кнопа. Просмотр культур начинали с момента появления признаков роста водорослей и заканчивали после 3 -4-х месяцев. Микроскопирование проводили на световом микроскопе «БИМАМ-Р-13-1», объектив х20, х40 и х90, окулярх15, окулярный микрометр х10.
При определении водорослей использовали ряд определителей: «Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 2. Синезелёные водоросли» (Голлербах и др., 1953); «Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 4. Диатомовые водоросли» (Забелина и др., 1951); «Почвенные и аэрофильные зелёные водоросли (Chlorophyta: Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales» (Андреева, 1998); «Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 10 (1). Зелёные водоросли, класс Улотриксовые (1), порядок Улотриксовые» (Мошкова и др., 1986); «Визначник прісноводних водоростей Української РСР Вып. 10. Жовтозелені водорості» (Дедусенко-Щеголёва и др., 1962).
Фитоценотический анализ альгогруппировок основывался на выявлении комплекса доминантных видов. Доминантные виды выделяли на основе определения балла обилия по 15-балльной шкале (Кабиров, Шилова, 1990).
Результаты и обсуждение
Изучение водорослей проводили на отвале (шести-восьми лет отсыпки) с доминантными видами растений Artemisia vulgaris, Melilotus officinalis и Salsola collina. Выявлено незначительное число видов (максимально до семи видов), что объясняется начальным сингенетическим периодом зарастания отвала высшими растениями.
Гранулометрический состав грунтов отвалов, по данным химической лаборатории института Запсибгипроводхоз, характеризуется довольно большим процентом крупнообломочной фракции (около 40 %). В соответствии с инженерно-геологической характеристикой (ГОСТ 2510082), представленной сотрудниками лаборатории рекультивации земель ИПиА СО РАН (Арбузова и др., 1988), все породы рассматриваются как скальные: осадочные, сцементированные обломочно-пылеватые или
обломочно-глинистые. Таким образом, по физическим свойствам они
относятся к малопригодным для биологической рекультивации землям (ГОСТ 17.5.1.03.-86). Показатель рН вод. изменяется в интервале от 6,0 до 8,4, указывая на характер среды от слабокислой до щелочной, что наиболее благоприятно для большинства видов растений.
Исследованный отвал представляет основу для изучения распределения водорослей в зависимости от пластики рельефа и экспозиции склонов. Исходя из этого заложены участки на северной экспозиции: от выровненного плакорного - (элювиального) через
склоновый (трансэлювиальный) к аккумулятивному участку. Для сравнения на южной экспозиции отвала взят трансэлювиальный участок. Всего на отвале ранней отсыпки обнаружено 8 видов водорослей, из которых синезелёных - 3, зелёных - 4, жёлтозелёных - нет и 1 вид диатомовых водорослей.
Элювиальный участок заложен на возвышенном месте, представляющим выровненную поверхность отвала. Наибольшая экземплярная насыщенность отмечается для видов: Artemisia vulgaris, Melilotus officinalis и Salsola collina. Общее проективное покрытие 25 %, что определяет невысокий эффект затенения. Наряду с этим разброс температур с +12 °С в поверхностном слое до +6-8 °С - на глубине 0-5 см и относительно низкий показатель влажности (22-25 %) грунтов отвала создаёт экстремальные условия среды. На отвале превалирующими по числу видов являются зелёные и синезелёные водоросли (Пивоварова, Шумлянская, 2001). Видовой состав крайне беден: всего7 видов
водорослей. В составе доминантного комплекса отмечены такие виды как Chlorhormidum flaccidum var. flaccidum, Hantzschia amphioxys var. amphioxys и Gloeocapsa minor var. dispersa (балл обилия равен 12-15), которые были отмечены М.Г. Шушуевой (1977) как постоянные виды грунтов отвала «Листвянского» разреза Кузнецкой котловины.
На трансэлювиальном участке северного склона отвала хорошо развита овражная сеть, образованная под действием воды в результате таяния снега весной. Здесь особенно изобилуют проростки Hippophaё rhamnoides и Betula pendula занесённых с территории соседних отвалов. Помимо этого отмечены Salsola collina, Melilotus officinalis, Artemisia sieversiana, A. vulgaris и Sonchus arvensis. Общее проективное покрытие составляет 15%. Показатели температур грунтов отвала варьируют от +810 °С в поверхностном слое до +6 °С - на глубине 0-5 см.
На участке обнаружено 7 видов водорослей: по 3 вида зелёных и синезелёных и 1 вид диатомовых водорослей. В состав доминантов входят только виды зеленых водорослей: Chlorhormidium flaccidum var. flaccidum и Choricystis chodatii (обилие 13-15 баллов). Таким образом, на трансэлювиальном участке северного склона отвала даже при малом числе видов зелёные водоросли являются функционально значимой группой (Пивоварова, Шумлянская, 2001).
Трансэлювиальный участок южной экспозиции отвала является наиболее крутым на отвале. На участке обнаружено 7 видов водорослей: по
3 вида синезелёных и зелёных и 1 вид диатомовых водорослей. В доминантном комплексе идентифицирован вид Gloeocapsa minor var. dispersa (с максимальным баллом обилия).
Аккумулятивный участок отвала занимает шлейфовую часть северной экспозиции пологого склона отвала. На участке отвала сходящиеся овраги образуют несколько небольших по размеру ложбин. В связи с этим в периоды выпадения обильных осадков происходит подмыв близлежащих пород грунта отвала. Породы активно разрушаются до мелкозёма, содержащего большое количество угольной пыли и крошки. На участке получили широкое распространение Salsola collina, Tussilago farfara., Taraxacum officinale, Sonchus arvensis и Erigeron canadensis. Проективное покрытие 25-30 %. Поверхностный слой грунтов отвала достаточно хорошо прогревается (t = 12-15 °С). Зафиксированы
максимальные на всём профиле катены северной экспозиции показатели влажности (ф = 33-37 %). В грунтах зарегистрировано такое же число видов водорослей, что и на трансэлювиальном участке. Доминантными видами являются зелёные водоросли Bracteacoccus minor и Chlorhormidium flaccidum var. flaccidum (обилие 12-15 баллов).
В целом, при естественном зарастании отвала, подверженного горнотехнической рекультивации, видовой состав водорослей невелик (8 видов). Сезонная динамика видов водорослей достаточно хорошо выражена с пиком в летний период года. Экспозиция склона отвала влияет на перераспределение ведущих отделов водорослей. Если на северном склоне основу доминантного комплекса составляют более мезофильные нитчатые зелёные водоросли, то на южном преобладают синезелёные водоросли ксероморфной природы. Таким образом, начальные этапы сукцессионых перестроек альгогруппировок связаны с первыми годами освоения субстрата на пермском отвале.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Андреева, В.М. Почвенные и аэрофильные водоросли. Chlorophyta: Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales. - Спб: Наука, 1998. - 351 с.
2. Арбузова С.В., Бычковская Л.В., Моторина Л.В. Свойства вскрышных и вмещающих горных пород по показателям пригодности для биологической рекультивации: справочное пособие / Под общ. ред. В.М. Курачёва. - Мытищи: ИПиА, 1988. - 436 с.
3. Голлербах, М.М., Косинская, Е.К., Полянский, В.И. Синезелёные водоросли. Определитель пресноводных водорослей СССР. - М.: Советская наука, 1953. - Вып. 2. -652 с.
4. Дедусенко-Щеголёва, Н.Т., Голлербах, М.М. Жёлтозелёные. Xanthophyta. Определитель пресноводных водорослей СССР. - М.: АН СССР, 1962. - Вып. 5. - 271 с.
5. Дорохова, М.Ф. Формирование и значение группировок почвенных водорослей в условиях промышленного загрязнения (на примере угледобычи): Автореф. дис. ... канд. биолог, наук. - М.: МГУ, 1989. - 24 с.
6. Забелина, М.М., Киселёв, И.А., Прошкина-Лавренко, А.И. Диатомовые водоросли. Определитель пресноводных водорослей СССР. - М.: Наука, 1951. - Вып. 4. -620 с.
7. Кабиров, Р.Р., Шилова, И.И. Почвенные водоросли свалок и полигонов твёрдых бытовых отходов и промышленных отходов в условиях крупного промышленного города // Экология. - 1990. - № 5. - С. 10-18.
8. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности. - М.: Логос, 2002. - 254 с.
9. Мошкова, Н.А., Голлербах, М.М. Зелёные водоросли. Класс улотриксовые (I).
Порядок улотриксовые. Chlorophyta: Ulotrichophyсeae, Ulotrichales. Определитель
пресноводных водорослей СССР. - Л.: Наука, 1986. - Вып. 10. - 366 с.
10. Пивоварова, Ж.Ф., Шумлянская, Н.А. Сингенез водорослей при естественном зарастании вскрышных породных отвалов Кузбасса, апрель, 2001 г. // Флора и растительность Сибири и Дальнего Востока: Материалы III Российской конф. -Красноярск: КГПУ, 2001. - С. 43-45.
11. Штина, Э.А., Голлербах, М.М. Экология почвенных водорослей. - М.: Наука, 1976. - 142 с.
12. Штина Э.А. Почвенные водоросли как пионеры зарастания техногенных субстратов и индикаторы состояния нарушенных земель. - Журнал общей биологии. -1985. - Т. 48. - № 4. - С. 434-443.
13. Шушуева, М.Г. Водоросли на отвалах угольных разработок в Кузбассе и их роль в почвообразовании, Киров, май, 1977 г. // Развитие и значение водорослей в почвах Нечерноземной зоны: материалы межвуз. конф. - Киров: Кировск. с.-х. ин-т, 1977. - С. 52-54.
14. Щербатенко, В.И., Кандрашин, Е.Р. Естественная растительность отвальнокарьерных ландшафтов Сибири // Восстановление таёжно-техногенных ландшафтов Сибири (теория и технология). - Новосибирск: Наука, 1977. - С. 65-80.
15. Schelhorn M. Zur Okologie und Biologie der Erdalgen // Natuwiss. Und Landwirtsch. - 1936. - 18. - S. 1-54.
© Н.А. Малахова, Н.П. Миронычева-Токарева, 2008
