Продукционно-деструкционный процесс в подземных органах растительных сообществ Орско-Новотроицкого промузла

Продукционно-деструкционный процесс в подземных органах растительных сообществ Орско-Новотроицкого промузла

И.В. Чикенева, аспирантка, Н.О. Кин, к.б.н.,

А.И. Климентьев, д.с.-х.н., Институт степи УрО РАН

Орский внутриобластной экономический район расположен в восточной части Оренбургской области и занимает 31% ее территории. На его долю приходится 60% промышленного производства области, удельный вес района в областном производстве сельскохозяйственной продукции составляет 22%. Ядро комплекса образует Орско-Новотроицкий промышленный узел, в состав которого входят города Орск и Новотро-ицк и ряд других населенных пунктов [1]. Для типичного промышленного г. Орска и г. Новотро-ицка, как и для всей Оренбургской области, характерна высокая степень техногенной нагрузки. По ежегодным данным «Государственного доклада о состоянии окружающей природной среды Оренбургской области» [2], Орско-Ново-троицкий промышленный узел является в области наиболее загрязненной территорией. В связи с этим важным является исследование современного состояния степных ландшафтов в зоне действия Орско-Новотроицкого промышленного узла как территории, которая подвергается значительному техногенному воздействию. Наиболее полную характеристику о состоянии исследуемого района можно получить при проведении биологического мониторинга.

Биологический мониторинг как система слежения за ответной реакцией биоты на различные воздействия абиотических факторов подразделяется на мониторинг биоразнообразия и биоиндикацию [3]. Состояние растительных сообществ можно использовать в качестве индикатора состояния и развития биоценозов в целом [4, 5].

Материалы и методы. Для исследования про-дукционно-деструкционного процесса растительных сообществ на исследуемой территории были выбраны четыре стационарных участка, где были заложены пробные площади размером 50 50 м.

Работа на исследуемых участках проводилась в определенные сроки: с мая по сентябрь в течение 2-х лет (2006—2007 гг.). На пробных площадях составляли подробный список растений с указанием проективного покрытия. Для учета продукционно-деструкционного процесса и динамики растительного покрова закладывали площадки (50 50 см), где травостой срезали на уровне почвы, выбирали ветошь и тщательно собирали подстилку. Сбор проводили в трехкратной повторности.

Запас корней учитывали методом монолитов [6] при изучении подземной части фитоценозов. На площадке, с которой срезана надземная фитомасса, вынимали монолит размером 50 50 см на глубину распространения корней (примерно 50 см). Отобранную по слоям почву, снятую с подготовленного «почвенного столба» [7], промывали водой на ситах с отверстиями диаметром 0,25 мм. Отмытые корни делили на мертвые и живые. До сих пор единой методики для раздельного учета живых и отмерших корней нет. Мы помещали отмытые корни в цилиндр, наполненный водой, где живые корни оседали на дно, а мертвые всплывали. Корни, выбранные таким методом, извлекали из цилиндра и сушили до воздушно-сухого состояния. Полученные результаты пересчитывали в ц/га и обрабатывали методом вариационной статистики [8].

Результаты и обсуждение. Под продукционным процессом понимается сочетание процессов, приводящих к созиданию растительного органического вещества. Деструкционные процессы включают в себя отмирание растений или их отдельных частей, образование мортмассы и ее минерализацию. В продукционном звене создается чистая первичная продукция как результат фотосинтеза, транслокации веществ из О в Я и дыхания надземных и подземных органов растений.

Для исследования продукционно-деструкци-

онного процесса пользовались балансовыми уравнениями Титляновой [9], где А — приращение массы за определенное время; (1, 2...) и т.д. — промежуток, или время между моментами определения (например: 1-май, 2-июнь, 3-июль, 4-август, 5-сентябрь и т.д.); АКк — прирост живых корней, АКУ — интенсивность отмирания подземных органов, АК№—интенсивность разложения подземной мортмассы.

Используя данные по динамике запасов подземных органов и одно из приращений (АК№), рассчитаем другие приращения (АКк и АКУ):

— если общий запас живых и мертвых подземных органов не меняется или увеличивается, то минимально возможное АК№ = 0;

— если общий запас подземных органов уменьшается, то минимально возможное К№ равно разности между общими запасами подземных

Л ^ ту- V+И V+и

органов: АКШ;П = К +! - К при условии, что

vV+И V+Я и

К +! меньше К (1 — время первого учета,

t+1 — время последующего), AKmax — максимальное значение, AKmin — минимальное значение. Ковылъно-полынково-типчаковое сообщество

(Festuca valesiaca+Artemisia austriaca+Stipa zalesskii). Сообщество отмечено в угнетенном состоянии. Проективное покрытие составляет 30—40%. Доминантом сообщества является Festuca valesiaca (типчак), содоминантом второго порядка — Artemisia austriaca (полынок), содоминантом третьего порядка — Stipa zalesskii (ковыль Залесского).

В течение сезона меняется долевое участие живых подземных органов и вариабельность их распределения по пространству. В течение зимы происходит отмирание живых корней, и запас живых подземных органов весной в два с лишним раза меньше, чем в момент пика.

В 2006 г. интенсивный прирост корней шел с апреля по май. Активный процесс минерализации (AKW) отмечен в раннелетний период (май-

июнь),что соответствует (AKj_2) — 20,9 ц/га), и позднелетний период (июль-август), или

(ДК^-4) — 15,2 ц/га). Прирост новых подземных органов происходит одновременно с отмиранием

старых, ДК(1_2) и ДК^_2) равны 0. Пик прироста живых корней приходится на раннеосенний

период (ДКК(4_5) — 52 ц/га), когда растения готовятся к перезимовыванию. Живые корни набирают массу, и процесс перехода в мертвые замедляется (ДК^_5) — 4 ц/га), минерализация отсутствует. В 2007 г. максимальный прирост живых

корней был отмечен в летний период: ДК(2_3) — 66,8 ц/га. В этот же период наблюдается максимальная прибавка мертвых корней: ДК^,_3) — 58,8 ц/га, при этом минерализации не было. В последующее время ДК(3_4),(4_5) равна 0, ДК^_4) -4 ц/га, минерализация была максимальна:

ДК(_4) - 8,8 ц/га.

Процессы отмирания подземных органов связаны с общим развитием растений, а разложение подземной массы - с погодными условиями и активностью гетеротрофов.

Ковыльное сообщество (Stipa zalesskii). Сообщество находится в удовлетворительном состоянии, отмечено в непосредственной близости с промышленным предприятием. Проективное покрытие составляет 90-100%. Доминантом сообщества является Stipa zalesskii (ковыль Залесского), истинное покрытие которого для данной территории составляет 60%, содоминантом второ-

го порядка - Artemisia austriaca (полынок) с истинным покрытием 15%, содоминантом третьего порядка - Festuca valesiaca (типчак), истинное покрытие составляет 10%.

В 2006 г. минерализация затруднена до полного ее отсутствия. ДК^ах и ДК(((ах приходится на

позднелетний период, ДК(3_4) — 119,7 ц/га и

ДК^3_4) — 144,6 ц/га. Далее идет уменьшение

прироста живых корней, ДК|4_5) — 4,1 ц/га, прибавки мертвых корней нет.

В 2007 г. максимальный прирост живых корней приходится на раннелетний период -

ДК(1_2) — 44,0 ц/га, в мертвые корни не переходят, и минерализация не наблюдается вплоть до раннеосеннего периода. В летний период не наблюдается активных продукционно-деструкцион-

ных процессов, ДК(3_4) — 12,0 ц/га, ДК^_4) —

12.0 ц/га. В раннеосенний период прирост живых

корней идет неинтенсивно, тогда как ДК^ах —

44.0 ц/га, активен процесс минерализации

(ДК( — 48,0 ц/га).

max

Соотношение скоростей прироста и отмирания R и разложения V определяется не только погодными условиями, но и локальными причинами. Узлы кущения, корневища и корни отдельных видов растений имеют максимум прироста и отмирания в разное время. Подземная мортмас-са накапливается или в начале лета, или в течение всего летнего сезона. Период снижения запаса V приходится на начало — середину лета. Молочайно-пырейно-житняковое сообщество (Agropyron pectinatum+Elytrigia repens+Euphorbia virgata). Сообщество отмечено в непосредственной близости к промышленной зоне. Проективное покрытие составляет 60—70%. Доминантом сообщества является Agropyron pectinatum (житняк гребневидный), содоминантом второго порядка — Elytrigia repens (пырей ползучий), содоминантом третьего порядка — Euphorbia virgata (молочай прутьевидный).

В 2006 г. шел интенсивный процесс минерализации, скорость прироста живых корней и прибавка мертвых корней были равны 0. Прирост

R отмечен в позднелетний период ( ДК*_5) —

432.0 ц/га), при этом ДКтах составил 396,0 ц/га,

процесса минерализации не было.

В 2007 г. процесс минерализации идет с раннелетнего периода по летний (К(_2) (2_3) — 32,0 ц/га),

при этом ДК^_3) — 0, а ДК^_3) — 32,0 ц/га.

В позднелетний период ЛК^1ах — 132,0 ц/га,

АК(¥з_4) — 56,0 ц/га, минерализация идет позже и достигает максимального значения в раннеосенний период (ЛК^з, — 56,0 ц/га).

Разнотравно-ковыльное сообщество, площадка №4, контроль {Бира гс11е.ч.чкИ+(га1а1е11а+.чр). Сообщество отмечено в удовлетворительном состоянии. Проективное покрытие составляет 90—100%. Доминантом сообщества является БИра 7.а1еннкИ (ковыль Залесского), истинное покрытие которого — 50%, содоминантом второго порядка

— СгтНста уШояа (грудница шерстистая), истинное покрытие составляет 20%, содоминантом третьего порядка выступает ОакйеИа (солонеч-ник), с истинным покрытием 10%.

В 2006 г. идет активное нарастание массы живых корней в раннелетний период — 49,3 ц/га

при АК^ах — 347,4 ц/га в летний период. Минерализация идет не активно, а живые корни постепенно отмирают, из этого следует, что количество мертвых корней постепенно увеличивается

(с 21 ц/га по 158,7 ц/га). ЛК^ах будет отмечена

в раннеосенний период (158,7 ц/га). Наиболее активно минерализация проходит в этот же период (АК^ах - 160,1 ц/га).

В 2007 г. максимальное значение приближается в летний период (АК^_3) — 88,4). В это же время наблюдается прибавка мертвых корней

(АК^_3) —80,4 ц/га), А К |''11ах — в летний период,

минерализация идет интенсивно в позднелетний период (ДКр_4) — 50,4 ц/га), при этом

АК(з_4) = 0, а прибавка мертвых корней в этот

же период составляет 44,0 ц/га. В раннеосенний период начинается накопление живых

корней (ДК^_5) — 17,6 ц/га).

Заключение

В каждом году превалирует один из процессов в цепочке: продуцирование подземных органов —> их отмирание и образование мортмассы -^разложение мортмассы. Разница в интенсивности процессов приводит то к повышению запасов Я и/или V, то к их уменьшению.

Литература

1. Колодина, О.А. География Оренбургской области. Население и хозяйство. Оренбург: Издательство «Орлит-А», 2006. С. 41-132.

2. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Оренбургской области в 2001, 2004, 2005 году / Комитет природных ресурсов по Оренбургской области. Оренбург, 2002. 122 с.; 2005. 184 с.; 2006. 208 с.

3. Соловьев, А.Н. Региональный мониторинг биоразнообразия: принципы и подходы к организации // Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий: мат. межд. науч. конф. Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2001. С. 372-374.

4. Мэннинг, У. Дж, Федер, У.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. Л., 1985.

5. Рябинина З.Н. Растительный покров степей Южного Урала (Оренбургская область). Оренбург: Издательство ОГПУ, 2003. 224 с.

6. Лапинскене, Н.А. Подземная часть травянистых растений и фитоценозов в Литовской ССР. Вильнюс: Мокслас, 1986. С, 11-17.

7. Шалыт, М.С. Подземная часть некоторых луговых, степных и пустынных растений фитоценозов // Тр. Бот. ин-та им. В.Л. Комарова АН СССР. Серия 3. Геоботаника. Вып. 6, 1950.

8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Изд-во «Колос», 1968. 335 с.

9. Титлянова, А.А. Подземные органы растений в травяных экосистемах / А.А. Титлянова, Н.П. Косых, Н.П. Миро-нычева-Токарева, И.П. Романова, Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. С. 62—80.