Зарастание отвалов Кузбасса

УДК 622.882

Á.II. Куприянов, Л.II. Баранник Зарастание отвалов Кузбасса

Познание закономерностей флорогенеза через изучение механизмов сингенетических сукцессии на антропогенно измененных ландшафтах — одна из фундаментальных задач промышленной ботаники. На первоочередность изучения характера сингенетических смей при естественном зарастании промышленных отвалов обращал внимание основоположник промышленной ботаники В.В. Тарчевский [1].

Процессы естественного зарастания отвалов угольной промышленности изучались в различных климатических зонах па Урале, в Подмосковье, Дальнем Востоке, Донбассе, Караганде [2, 3, 4, 5]. В Кузбассе исследования по изучению зарастания отвалов проводились Е.Р. Кондрашиным [6].

Целью данной работы является изучение де-мутации растительности на отвалах Кузбасса в различных почвенно-климатических зонах.

Работа проводилась на разновозрастных отвалах угольной промышленности, имеющих различный генезис и располагающихся в трех природных зонах (степное ядро Кузнецкой котловины (Моховской разрез, Беловский район), предгорная лесостепь (Кедровский углеразрез, Новокузнецкий район), черневая тайга (Красногорский углеразрез, Междуреченский район).

Демутация растительности па отвалах начинается в жестких условиях техногенного эко-топа. Поселение микроорганизмов па техногенном элювии происходит в первые часы после отсыпки [12], и нами не рассматривалось. Как показал еще В.В. Тарчевский [1], ведущими факторами, влияющими па поселение растений, являются количество и видовой состав семязачатков, а также наличие благоприятных условий для их прорастания. Экспансия семязачатков с окружающих территорий происходит одновременно с отсыпкой техногенного элювия.

При обследовании разновозрастных участков отвалов на 9 углеразрезах, находящихся во всех зонах, была определена группа растений-пионеров заселения. Это однолетники, либо многолетники, но тогда, как правило, анемохо-ры: Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., BetuJa pendula Roth, Abies sibirica Ledeb. Обли-гатными пионерными видами являются: Artemisia sieversiana WiJJd., CapseJJa bursapastoris (L. ) Medicus, Crépis tectorum L., LappuJa miosotis, Sisymbrium JoeseJii L. Экспансия этих видов объясняется прежде всего эври-топностыо растений в самых широких пределах.

Для группово-зарослевого сообщества характерно увеличение числа видов, разрастание отдельных видов, образование одновидовых или

маловидовых сообществ. Здесь уже происходит детерминирование направленности сингенеза либо в сторону образования леса — практически одновидовые сообщества березы, либо в сторону образования лугово-степных сообществ. Другой особенностью этого этапа сингенеза является сомкнутость подземного яруса с незначительным проективным покрытием надземных частей от 20 до 60%. Преобладают корнеот-прысковые, корневищные, глубокостержневые обычно многолетние растения. В степной зоне

— это Elytrigia repens (L.) Nevski, Stellaria graminea L., Gypsophila altissima L., Artemisia commutata Bess. Чрезвычайно интересное почти одновидовое сообщество было найдено на 15-летнем отвале Новосергеевского углеразреза, составленного из Anagallidium dichotomum (L.) Griseb., занимающее площадь 5 кв. м. В лесостепной зоне пятна от 1 до 3 м занимают Lathyrus pratensis L. Обширные пятна образует Melilotus albus Medik. и М. officinalis (L.) PaJJas. На отвалах, сложенных суглинками, к 10-12 годам формируется плотная дернинка из FJytrigia repens (L.) Nevski. В горно-таежной зоне простые растительные группировки на северных и восточных склонах образует Equisetum pratense Ehrh., на пологих склонах

— Sonchus arvensis L. Примечательна судьба TussiJago farfara L. на отвалах. Это растение является пионером зарастания на отвалах в горно-таежной и лесостепной зонах, составляя раннелетний аспект. В дальнейшем она вытесняется более конкурентно способными растениями. Ее доля в микропонижениях в проективном покрытии (Моховский разрез) уменьшается от 70% на 4-летней части отвала и до 20% на 20-летней части. Встречаемость ее на отвалах остается очень высокой, до 60%. Следующей чертой группово-зарослевых сообществ является четкие границы сообществ, не связанные с изменением условий экотопа. Например, на отвале Кедровского разреза на сравнительно ровной площадке чередуются сообщества с формированием Lathyrus pratensis L.(c 3-балловым проективным покрытием), CaJamagrostis epigeios (L.) Roth (с 4-балловым), Chamaenerion angustifoJium (L.) Scop. (c 4-балловым), ясно очерченные друг от друга. Переход к диффузному растительному сообществу, когда смыкается и подземный и надземный ярусы, наблюдается на самых старых отвалах. Он начинается с поселения зональных и интразональных "верных" видов, определяющих дальнейший путь формирования фитоценозов.

В степной части на этой стадии поселяются

БИОЛОГИЯ

Fragaria viridis L., Filipéndula vulgaris Mocnch, Stipa pennata L., Stipa capiJata L., Lathyrus tubcrosus L., Scabiosa orchrolenca. В лесостепной части — Trifolium pratense L., Geranium pratense L., Iris ruthenica Ker-Gawl., DactyJorhiza fuchsii (Druce) Soo, Paeonia anómala L. и др. В горно-таежной зоне — Thalictrum minus L., MeJica nutans L., Orthilia secunda (L.) House, Ribes nigrum L., Rubus idaeus L., Epilobium palustre L., Anthriscus sylvestris (L.) I loH'm. и др. I la этой стадии становится возможным выделение ярусности растительных сообществ. В таежной зоне первый ярус составляет береза, второй — подлесок из Sorbus sibirica Head!., третий — высокотравъе (Cirsium beterophyllum (L.) Hill, Delphinium datum, Bupleurum aureum). В лесостепной зоне на открытых участках первый ярус образуют злаки (Dactylis glomerata L., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, Festuca pratensis Hudson, Phleum pratense I...). второй— разнотравье: Fragaria vesca L., Diantbus superba, Rubus saxatilis L., Prunella vulgaris L.

На нефитотоксичном техногенном элювии скорость сингенетических сукцессии всецело зависит от лимитирующих факторов формирующегося экотопа. К таковым следует отнести: содержание влаги, механический состав, крутизну склонов. В зависимости от напряженности лимитирующего фактора формирование пионерной группировки в Кузбассе начинается на 2-4 год. Отграничить переход от пионерной группировки к группово-зарослевому сообществу чрезвычайно сложно, поскольку на крутых юго-западных склонах, вершинах отвалов перехода к зарослевым сообществам не происходит даже на самых старых отвалах, а в некоторых случаях образуются устойчивые разреженные сообщества с участием Solanum dulcamara L. В экотопах с благоприятными условиями для роста и развития растений при естественном зарастании группово-зарослевые сообщества формируются на отвалах на 5-6 год и продолжают формироваться до 15-18 лет. Формирование диффузного сообщества наступает в горнотаежной, лесостепной зонах только на отвалах, возраст которых более 20 лет, и только на уча стках с благоприятными условиями для роста и развития (участки с мелкобугристым, плоским рельефом, пологие северные, восточные склоны ). В степной зоне диффузных сообществ на отвалах нами не обнаружено.

Демутация растительного покрова на отвалах после техногенных катастроф, по мнению большинства специалистов, имеет зональную направленность. Как считал С. С. Трофимов [13], все компоненты биоты комплектуются из организмов, являющихся доминантами или сопутствующими видами смежных, типичных для данной зоны биоценозов, а следовательно, они должны иметь заметные черты сходства с зональными фитоценозами. С другой стороны, появление атипичных субстратов не может не

влиять на направленность сингенеза.

1>.М. Миркин [14] выделяет среди других форм антропогенных изменений растительности антропогенную эволюцию, в результате которой на антропогенно нарушенных территориях поселяются новые виды, не свойственные данной зоне, и образуется новое их сочетание. Накоплен достаточный материал, иллюстрирующий это положение. На отвалах шахт Донецка, Макеевки, Енакиево был найден узкий литоральный эндем GypsohyJJa paulii Klok. На известняковых отвалах Англии происходит поселение и разрастание видов, не встречающихся в данной местности и ограниченно распространенных в Англии [15]. На отвалах Карагандинского угольного бассейна найден среднеазиатский вид Strigosella trichocarpa [4]. На отвалах Кузбасса, расположенных в степной части, обнаружены сообщества с участием Carlina bicbcrstcinii Bcrnh.ex Hörnern., Artemisia commutata Bess., Achillea setacca — псамофитных, степных видов, нахождение которых в Кемеровской области либо не отмечалось, либо они известны по единичным находкам (Новосергеевский углеразрез). Эти виды создают полночленные популяции, представленные всеми возрастными состояниями (за исключением старых генеративных и сенилъных особей), имеют габитус такой же, как и в местах массового расселения, цветут и плодоносят. Они образуют сообщества с апофитами, что приводит к эволюционным изменениям в составе растительных сообществ.

На эволюционное развитие растительности оказывает влияние антропогенный селектогенез (формирование ценозов путем интродукции новых травянистых и древесных растений. К таким образованиям на Кузбассе относятся большие массивы посадок облепихи, которые самовозобновляются естественным путем. На самых старых отвалах возраст облепиховых зарослей превышает 20 лет. В этом возрасте они образуют довольно разреженные кустарниковые заросли с участием единичных экземпляров березы и осины. Таким образом, видовой состав растений на первой стадии естественного зарастания отвалов зависит от возможного заноса семян с прилегающих ненарушенных земель. В этом проявляется зональность процесса. В дальнейшем в фитоценозе закрепляются виды, наиболее приспособленные к своеобразию агрохимических и водно-физических условий грунтов отвалов. Рлубинные горные породы существенно отличаются от почв и подстилающих их грунтов. Под воздействием физического выветривания эти породы будут трансформироваться, превращаться в почвы, но отличия от зональных почв сохранятся длительное время, порядка столетий. Наиболее распространенные вскрышные и углевмещающие горные породы (это песчанники, которые при их выветривании образуют песчаный или супесчаный субстрат, не характерный для современного почвенного покрова Кузбасса. При этом даже если в гор-

пых породах и отсутствуют фитотоксичныс вещества, то вынос па поверхность веществ и соединений, образованных в другие геологические эпохи надолго будет определять отличия между молодыми почвами отвалов и зональными почвами. Поэтому при естественном зарас-

тании отвалов вскрышных пород угольных разрезов Кузбасса формируются паразоиальиые и параиитразоиальиые растительные сообщества, отличающиеся от зональных более выраженной ксерофитпостыо и олиготрофностыо флористического состава.

Литература

1. Тарчевский В.В. Растительность и промышленные загрязнения. Свердловск, 1970. С. 5-9.

2. Леонтьев Г.1Г. Растительность и промышленные загрязнения. Свердловск, 1966. С. 107-111.

3. Моторина Л.В. Растительность и промышленные загрязнения. Свердловск, 1970. С. 118-123.

4. Куприянов Л.Н. Биологическая рекультивация отвалов в субарцдной зоне. Ллма-Лта, 1989. С. 104.

5. Бакланов В.И., Повх В.Н. Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития. Д>-нецк, 1990. С. 161.

6. Кандрашин Е.Р. Почвообразование в техногенных ландшафтах. Новосибирск, 1979. С. 163169.

7. Трофимов С.С. Экология почв и почвенные ресурсы Кемеровской области. Новосибирск. 1975. 289 с.

8. Трофимов С.С., Нанлекова II.II., Кащрашиы Е.Р., Фаткулин Ф.Л. Стебаева К.С. Гумуеообр-зование в техногенных экосистемах. Новосибирск, 1986. 146 с.

9. Куминова Л.В. Растительность Кемеровской области. Новосибирск. 200 с.

10. Рагим-заде Ф.К. Техногенные элювии вскрыш-

ных пород угольных месторождений Сибири, оценка их потенциального плодородия и пригодности для восстановления их почвенного покрова: Лвтореф. кацд. дисс. Новосибирск, 1977. 18 с.

11. Баранник Л.П., ГЦербатеико В.Н. Естественное зарастание отвалов породы угольных разрезов. Новокузнецк, 1972. 86 с.

12. Клевенская И.Л., Трофимов С.С., Таранов С.Л., Кандрашин Е.Р. Сукцессии и функционирование микроборастительиых ассоциаций как коисорци-онных единиц техногенных экосистем. Мат. III Всес. конф. "Микроорганизмы в сельском хозяйстве". М„ 1986. С. 89-90.

13. Трофимов С.С., Теилякова A.A., Клевенская И.Л. Системный подход к изучению процессов почвообразования в техногенных ландшафтах. Новосибирск, 1979. С. 3-19.

Н.Миркин Б.М. Классификации форм антропогенных изменений растительности. Аитроиолераш1-иость наземных биоценозов и прикладная экология. Таллин. 1977. С. 92-95.

15. J.A.Lee В.Greenwood. The colonisation by plants of calcareous wasters from the salt and cali indastry in chesire. Biol, conserv. X 2 1976. P 131-149.