Оценка выращивания древесных пород на отвалах угольных предприятий Кузбасса

11. Барбер, С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. Механистический подход / С.А. Барбер. - М.: Агропромиздат, 1986. - 251 с.

12. Торшин, С.П. Микроэлементный состав флоры заповедников Центрального Черноземного региона России / С.П. Торшин [и др.] // Экология. - 1997. - № 1. - С. 9-13.

13. Сухарева, Т.А. Химический состав и морфометрические характеристики хвои ели сибирский на Кольском полуострове в процессе деградационной сукцессии лесов / Т.А. Сухарева, Н.В. Лукина // Лесоведение. - 2004. - № 2. - С. 36-43.

14. Фуксман, И.Л. Содержание серы, тяжелых металлов и фенольных соединений в хвое pinus sylvestris l. в условиях техногенного загрязнения и фенольных соединений при поражении деревьев грибными болезнями / И.Л. Фуксман [и др.] // Растительные ресурсы. - 2001. - Т. 37. - Вып. 2. - С. 13-22.

15. Запрометов, М.М. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях / М.М. Запрометов. - М.: Наука, 1993. - 272 с.

16. Есякова, О.А. Индикация загрязнения атмосферы г. Красноярска по морфометрическим и химическим показателям хвои ели сибирской / О.А. Есякова, Р.А. Степень // Химия растительного сырья. - 2008. -№ 1. - С. 143-148.

'--------♦-----------

УДК 581.524.3976/977 (571.17) Ю.А. Манаков, Л.П. Баранник, А.Н. Куприянов

ОЦЕНКА ВЫРАЩИВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД НА ОТВАЛАХ УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ КУЗБАССА

Подведены итоги более чем полувековому эксперименту выращивания древесных пород на отвалах угольных предприятий Кузбасса. Для оценки перспективности выращивания использована интегральная оценка П.П. Лапина, широко используемая в интродукционных исследованиях. Наибольший ин-тродукционный балл перспективности выращивания на отвалах набрали облепиха (95 баллов), береза повислая (94 балла), сосна обыкновенная (93 балла). В группу перспективных растений попало 10 видов: кедр (сосна сибирская), лох серебристый, рябина сибирская, бузина обыкновенная, карагана древовидная, жимолость татарская, осина, тополь бальзамический, тополь лавролистный, черемуха обыкновенная.

Ключевые слова: оценка выращивания, древесная порода, перспективные растения, кедр, рябина, осина, тополь, черемуха.

Yu.A. Manakov, L.P. Barannik, A.N. Kupriyanov

THE ESTIMATION OF TREE SPECIES CULTIVATION ON THE DUMPS OF KUZBASS COAL ENTERPRISES

The results of more than semicentenial experiment of tree species cultivation on the dump surface of coal enterprises in Kuzbass are supplyed. For the cultivation perspectivity estimation the Lapin's integrated estimation widely applied for introduction research is used. The greatest introduction point of cultivation perspectivity on the dumps Hippophae rhamnoides L. (95 points), Betula pendula Roth (94 points), Pinus sylvestris L. (93 points) have. 10 species such as cedar(Siberian pine), silverberry, mountain ash, elder, Siberian pea shrub, huney suckle, aspen, balsam poplar, laurel poplar, bird cherry are in the group of perspective plants.

Key wods: сultivation estimation, wood species, perspective plants, cedar, mountain ash, aspen, poplar, bird cherry.

К деревьям и кустарникам, выращиваемым на отвалах, предъявляются более высокие требования, чем к растениям, используемым в зеленом строительстве. Растения должны быть не только устойчивыми к погодным условиям, но и к специфичным условиям отвалов. Они должны успешно противостоять неблагоприятным свойствам горных пород, формирующих техногенный элювий, обладать способностью к симбиозу с микроорганизмами, развивать широкозахватную корневую систему, предотвращающую дефляцию грунтов и при этом обладать хозяйственно ценными качествами и декоративностью.

Первые опыты по выращиванию древесных растений на отвалах Кузбасса были заложены более 50 лет назад. В интродукционном эксперименте использовано более 34-х древесных пород [1-8].

Целью данных исследований явилась оценка успешности выращивания древесных пород на отвалах угольных предприятий Кузбасса.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований явились посадки древесных пород на отвалах Кузбасского угольного бассейна, произведенные Л.П. Баранником и Ю.А. Манаковым на отвалах Байдаевского, Моховского, Бачатского, Черниговского, Кедровского угольных разрезов.

Породы отвалов представлены глинами и суглинками, песчаниками, алевролитами и аргиллитами. Техногенный элювий вскрышных горных пород крайне неоднороден и состоит из гетерогенной смеси песчаников, алевроли-

тов, аргиллитов, лесовидных карбонатных и некарбонатных суглинков. По исследованиям Ф.К. Рагим-заде [9], большая часть техногенного элювия отвалов нетоксична и вполне пригодна для древесных пород. Глубинные горные породы, вынесенные на поверхность, обладают иными, чем почвы, свойствами и характеристиками. Они, как правило, имеют низкий актуальный потенциал плодородия, связанный с незначительным содержанием в них элементов минерального питания и особенно азота [10]. В первые годы после отсыпки техногенный элювий имеет высокую каменистость (до 90 %), что определяет неблагоприятный водный режим. В течение вегетационного периода в корнеобитаемом слое общий запас влаги сохраняется от 0,8 до 0,4 наименьшей полевой влагоемкости. К неблагоприятным экологическим факторам следует отнеси высокую температуру поверхности грунтов, которая может достигать 60-65°С. На возвышающихся до 20-50 м над окружающей местностью отвалах создается жесткий ветровой режим. Ветроударные экспозиции зимой, как правило, лишены снежного покрова. Таким образом, условия выращивания древесных пород более неблагоприятные, чем в условиях ботанического сада на зональных почвах.

Древесные растения высаживались на 2-3-й год после окончания работ по отсыпке и планировке отвалов, посадку проводили 2-3-летними сеянцами и саженцами древесных и кустарниковых пород на мониторинговых полигонах. Древесные культуры хвойных пород создавались с плотностью 4,0 тыс. шт/га, площадью не менее 1 га, кустарниковые и лиственные породы высаживались в чистых и смешенных посадках не менее 100-200 шт. каждого вида. Наблюдения за растениями проводились в течение 10-25 лет с периодичностью 2-4 года.

Для оценки перспективности выращивания древесных пород использовалась методика П.П. Лапина и его сотрудников [11], разработанная в Главном ботаническом саду АН СССР.

Показателями оценки жизнеспособности растений и их перспективности выращивания были выбраны степень вызревания побегов, зимостойкость, сохранение габитуса, побегообразование, регулярность прироста побегов, способность к генеративному развитию и способы размножения в условиях отвалов, которые всесторонне характеризуют состояние растений и возможность выращивания их в неблагоприятных условиях отвалов.

Степень вызревания побегов определялась осенью перед наступлением устойчивых заморозков, оценивались следующие параметры: побеги вызревают на 100% - 20 баллов; на 75% - 15 баллов; на 50% -10 баллов; на 25% - 5 баллов; побеги не вызревают - 1 балл. Зимостойкость определяли в начале лета после распускания почек или ранней весной на поперечном срезе побегов, отмечались следующие параметры: повреждений нет - 25 баллов; обмерзает не более 50% длины однолетних побегов - 20 баллов; обмерзает 50-100% однолетних побегов - 15 баллов; обмерзают двулетние и более старые части растений

- 10 баллов; обмерзает крона до уровня снегового покрова - 5 баллов; обмерзает вся надземная часть -3 балла; растение полностью вымерзает - 1 балл. Сохранение габитуса определялось по итогам эксперимента по форме кроны. Отмечались следующие параметры: растения сохраняют присущую им в природе жизненную форму и форму роста - 10 баллов; растения ежегодно повреждаются факторами окружающей среды, но способны восстанавливать присущую им в природе форму роста, - 5 баллов; растения не сохраняют и не восстанавливают присущую им в природе форму роста - 1 балл. Оценка побегообразовательной способности определялась в конце лета. Для этого отбирали наиболее типичные по общему развитию экземпляры и на 10 двухлетних побегах (5 сильно и 5 менее развитых), взятых в различных частях кроны, подсчитывали все побеги текущего года и сравнивали с количеством побегов у растений, произрастающих на зональных почвах. Учитывалась также поросль у основания стволов. Оценка побегообразовательной способности проводилась по следующим параметрам: высокая - 5 баллов; средняя

- 3 балла; низкая - 1 балл. Определялся ход роста и прирост растений в высоту: ежегодный - 5 баллов; неежегодный - 1 балл. Способность растений к генеративному развитию определялась у кустарников на 5-6-й год, у лиственных пород - на 10-12-й год, у хвойных - на 20-й год после посадки: семена созревают -25 баллов; семена не созревают - 20 баллов; растения цветут, но не плодоносят - 15 баллов; не цветут -1 балл. Возможные способы размножения растений в культуре оценивались на протяжении всего эксперимента: самосев - 10 баллов; искусственный посев - 5 баллов; естественное вегетативное размножение - 3 балла; повторное привлечение растений извне - 1 балл. На основе анализа показателей подсчитывается интегральная оценка успешности интродукции, а растения распределяются в 6 классов перспективности: самые перспективные - 91-100 баллов, перспективные - 76-90, менее перспективные -61-75, малоперспективные - 41-60, неперспективные - 21-40, непригодные - 5-20 баллов.

Данная методика широко применяется в интродукции [11] и была применена к растениям, выращиваемым на отвалах Карагандинского угольного бассейна, и показала достаточную объективность оценки интродуцентов в новых для них условиях [12].

Результаты и их обсуждение. Наблюдения за интродуцированными древесными растениями (табл. 1) в Кузбассе показало, что одревеснение побегов происходит почти у всех видов и на отвалах достигает 100%, и только у некоторых растений - малины (Rubus idaeus), таволги средней (Spiraea media), рябинника (Sorba-ria sorbifolia), липы (Tilia cordata), ясеня пенсильванского (Fraxinus pensylvanica), клена ясенелистного (Acer negundo), вяза (Ulmus pumila) - отмечено частичное одревеснение побегов. У древесных пород чаще всего это происходит в результате вторичного осеннего роста побегов, связанного с теплой и влажной осенью. Рост побегов вяза перистоветвистого продолжается до заморозков и побеги не вызревают. Невызревание побегов в большей степени связано с ритмом их роста. У большинства растений местной флоры рост побегов заканчивается в июне-июле, у растений интродуцентов - в августе-сентябре.

96

Таблица 1

Оценка перспективности выращивания древесных пород на отвалах, балл

Вид растений Степень ежегодного вызревания побегов Зимостой кость Сохранение габитуса Побегообразо- вательная способность Прирост растений в высоту Способность растений к генеративному развитию Возможные способы размножения растений в культуре Сумма баллов

Берёза повислая 20 25 10 3 1 25 10 94

Боярышник кроваво-красный 20 25 5 1 1 15 5 72

Бузина сибирская 20 25 10 1 15 5 81

Вяз перистоветвистый 20 20 5 3 1 15 5 69

Дуб чересчатый 15 20 1 1 1 15 1 54

Жимолость татарская 20 25 5 1 20 3 79

Ива козья 20 25 5 3 1 15 3 72

Ива серая 20 25 5 1 1 15 3 70

Ива трёхтычинковая 20 25 5 1 1 15 3 70

Ива шерстистопобеговая 20 25 5 1 1 15 3 70

Калина обыкновенная 20 20 5 3 1 15 1 65

Карагана древовидная 20 25 10 1 15 5 81

Кедр(сосна сибирская) 20 25 5 3 1 20 5 79

Кизильник черноплодный 20 25 5 1 1 15 3 70

Клен приречный 15 15 1 3 1 15 3 53

Клён ясенелистный 15 20 1 3 20 1 65

Липа сибирская 15 20 5 1 1 15 5 62

Лох серебристый 20 25 5 3 1 20 3 77

Малина обыкновенная 15 20 5 3 1 15 5 64

Облепиха обыкновенная 20 25 5 5 25 10 95

Осина 20 25 5 3 15 3 76

Роза иглистая 20 25 5 1 1 15 5 72

Рябина сибирская 20 25 10 3 1 25 5 89

Рябинник рябинолистный 15 20 5 1 1 15 3 60

Смородина золосистая 20 20 5 1 1 15 1 63

Сосна обыкновенная 20 25 5 3 25 10 93

Таволга зверобоелистная 20 25 5 1 1 20 3 75

Таволга средняя 15 25 5 1 1 20 3 70

Тополь лавролистный, тополь бальзамический 20 25 10 3 15 3 81

Черёмуха обыкновенная 20 20 5 3 1 15 5 81

Яблоня ягодная 20 20 5 1 1 15 3 65

Ясень пенсильванский 15 20 5 1 1 15 3 60

ЭкРЛогия

Поскольку для испытания на отвалах использовались лишь те растения, которые прошли предварительный отбор и широко используются в зеленом строительстве, то практически все они оказались зимостойкими на отвалах. Незначительное обмерзание годичных побегов наблюдалось у малины (Rubus idaeus), черемухи (Padus avium), калины (Viburnum opulus) - видов, произрастающих под пологом леса, а также смородины золотистой (Ribes aureum), рябинника, клена ясенелистного, (Acer negundo) и вяза перистоветвистого. Следует отметить, что при наблюдении достаточно большой группы особей, более 100 шт, можно увидеть практически все степени зимнего повреждения, как это наблюдалось у клена гиннала (Acer ginnala) и клена ясенелистного после перезимовки (табл. 2).

Таблица 2

Зимостойкость клена приречного, %

Показатель Год

2005 2006 2007

Повреждений нет 10 5 -

Обмерзает не более 50% длины однолетних побегов 10 20 17

Обмерзает 50-100% однолетних побегов 67 59 60

Обмерзают двулетние и более старые части растений 7 5 20

Обмерзает крона до уровня снегового покрова 5 6 3

Обмерзает вся надземная часть 1 2 -

Растение полностью вымерзает - 1 -

На отвалах далеко не все растения сохраняют присущую им форму роста. В основном это аборигены арборифлоры: береза (Betula pendula), рябина (Sorbus s^b^r^ca), бузина (Sambucus racemosa), карагана древовидная (Caragana arborescens). Большинство видов только восстанавливают присущую им форму роста. Для объективной оценки растений по этому показателю необходим длительный период наблюдений. На отвалах Федоровского угольного бассейна оценки формы роста, сделанные через 12 и 30 лет, по многим видам не совпадают [13]. Среди тех, кто не восстанавливает форму роста и приобретает новый габитус, совершенно не свойственными для природных мест обитания оказались клен ясенелистный, клен приречный, вяз перистоветвистый, дуб черешчатый (Quercus robur), которые приобретают форму кустов и только отдельные экземпляры

- форму низкорослых деревьев. На изменение формы роста влияют в значительной степени экологические условия конкретных экотопов. Экземпляры вяза перистоветвистого в понижениях, где складываются благоприятные условия увлажнения и накапливается большое количество мелкозема, представлены невысокими деревьями 3-4 м, на гребнях вяз перистоветвистый приобретает форму кустарника.

У большинства испытанных растений побегообразовательная способность на отвалах средняя или низкая, что связано с недостаточным уровнем минерального питания. Положительным исключением является облепиха (H^ppophaё rhamno^des), которая на отвалах имеет чрезвычайно высокую побегообразовательную способность.

Прирост растений в вышину также проявляется далеко не у всех растений. До экологического оптимума ежегодно увеличивается высота у кустарников: облепихи, бузины, караганы. Они быстро достигают высоты, присущей им в природных условиях. У хвойных пород только сосна имеет ход роста, сопоставимый с растениями в культурах на зональных почвах [5], остальные древесные породы в течение нескольких лет практически не растут и только через несколько лет прирост в высоту возобновляется, но растения в течение наблюдаемого периода не достигли размеров, присущих в природных местообитаниях.

По способности образовывать семена виды дифференцируются в широких пределах, прежде всего, это связано с биологическими особенностями видов, но следует отметить, что береза, рябина, сосна - основные лесообразователи на отвалах - ежегодно цветут и обильно плодоносят. Хороший самосев на отвалах обмечен у облепихи, березы, сосны, которые являются пионерами заселения отвалов.

Наибольший интродукционный балл перспективности выращивания на отвалах набрали три вида: облепиха крушиновидная, береза повислая, сосна обыкновенная. В группу перспективных растений попало 10 видов: кедр (сосна сибирская), лох серебристый, рябина сибирская, бузина обыкновенная, карагана древовидная, жимолость татарская, осина, тополь бальзамический, тополь лавролистный, черемуха обыкновенная. К менее перспективным для выращивания на отвалах относятся 17 видов: боярышник кроваво-красный, ива козья, ива серая, ива трёхтычинковая, ива шерстистопобеговая, калина обыкновенная, кизильник черноплодный, клён

ясенелистный, липа сибирская, малина обыкновенная, роза иглистая, рябинник рябинолистный, смородина золотистая, таволга зверобоелистная, таволга средняя, яблоня ягодная, ясень пенсильванский. В группу малоперспективных растений относятся 3 вида: вяз перистоветвистый, дуб черешчатый, клен приречный. Неустойчивость этих видов связана, прежде всего, с недостаточной морозостойкостью в условиях отвалов.

Выводы

1. Оценка успешности интродукции древесных растений на отвалах Кузбасса показала, что несомненными преимуществами обладают растения природной флоры Сибири: сосна обыкновенная, береза повислая, облепиха крушиновидная. Эти виды пригодны для биологической рекультивации в качестве основных лесообразующих пород.

2. Перспективными для выращивания на отвалах являются 10 видов, среди которых наибольшее значение для целей биологической рекультивации имеет кедр (сосна сибирская), рябина сибирская, карагана древовидная, жимолость татарская, тополь бальзамический и тополь лавролистный.

Литература

1. Баранник, П.П. Облепиха в культуре на отвалах угольных разрезов Кузбасса / Л.П. Баранник, В.И. Щербатенко // Теоретические и практические проблемы рекультивации нарушенных земель. -М., 1975 а. - С. 280-282.

2. Баранник, П.П. Облесение земель, нарушенных открытыми разработками в Кузбассе / П.П. Баранник,

B.И. Щербатенко. - Новосибирск, 1975 б. - 14 с.

3. Баранник, П.П. Лесопосадки на послепромышленных землях в Кузбассе / П.П. Баранник // Проблемы рекультивации земель в СССР. - Новосибирск, 1974. - С. 237-240.

4. Баранник, П.П. Проектирование лесной рекультивации на нарушенных землях для использование их в лесохозяйственных и рекреационных целях при разработке экспериментальных схем рекультивации в Кемеровской области / П.П. Баранник // Биологическая рекультивация земель в Сибири и на Урале. -Новосибирск, 1981. - С. 28-46.

5. Баранник, П.П. Экологическая пригодность древесных и кустарниковых пород для лесной рекультивации в Кузбассе / П.П. Баранник // Восстановление техногенных ландшафтов Сибири. - Новосибирск,

1977. - С. 120-138.

6. Баранник, П.П. Лесообразование на породных отвалах угольных разрезов Южного Кузбасса. Почвообразование в техногенных ландшафтах / П.П. Баранник, Е.Р. Кандрашин. - Новосибирск, 1979. -

C. 172-179.

7. Баранник, П.П. Экологическое обоснование и опыт биологической лесной рекультивации на техногенных территориях в Кузбассе / П.П. Баранник // Методика изучения техногенных биогеоценозов. - М.,

1978. - С. 159-165.

8. Баранник, П.П. Биоэкологические принципы лесной рекультивации / П.П. Баранник. - Новосибирск, 1988. - 81 с.

9. Рагим-заде, Ф.К. Техногенные элювии вскрышных пород угольных месторождений Сибири, оценка их потенциального плодородия и пригодности для восстановления их почвенного покрова: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Ф.К. Рагим-заде. - Новосибирск, 1977. - 18 с.

10. Гумусообразование в техногенных экосистемах / С.С. Трофимов, Н.Н. Наплекова, Е.Р. Кандрашин [и др.]. - Новосибирск, 1986. - 163 с.

11. Папин, П.П. Оценка перспективности интродукции жимолости по данным визуальных наблюдений / П.П. Папин, Н.В. Рябова-Стогова. - М., 1977. - Вып. 103. - С. 12-18.

12. Куприянов, А.Н. Биологическая рекультивация отвалов в субаридной зоне / А.Н. Куприянов. - Алма-Ата, 1989. - 104 с.

13. Куприянов, А.Н. Судьба гемерофитов, поселяющихся на отвалах угледобывающих предприятий / А.Н. Куприянов, Ю.А. Манаков // Синонтропизация растений и животных. - Иркутск, 2007. - С. 183-187.