Экологический мониторинг степного комплекса в условиях техногенного воздействия

Экологический мониторинг степного комплекса в условиях техногенного воздействия

И.В. Чикенёва, к.б.н, ФГБОУ ВО Оренбургский ГПУ

Первые работы, связанные с изучением востока Оренбургской области, приходятся на XVII— XVIII вв. В начале XIX в. крупнейший учёный в области минералогии и геохимии академик А.Е. Ферсман указывал на крупные месторождения в районе современного Орско-Новотроицкого промузла. В 1929 г. геолог И.Л. Рудницкий открыл Халиловское месторождение бурых железняков, площадь которого около 2000 км2. В 1940—1943 гг. началось изучение района будущего г. Новотроицка в связи со строительством Орско-Халиловского металлургического комбината (ОХМК). Для ведения строительства такого крупного комбината была создана производственная база: построены деревообрабатывающий, цементный и кирпичный заводы, проведена разработка песчаного и каменного карьеров, построена железнодорожная линия. В связи с промышленным освоением целинных земель происходила мощная трансформация растительного и почвенного покрова.

Современный Орско-Новотроицкий промузел (площадь около 1,8 тыс. км2) является крупнейшим металлургическим центром Южного Урала, в пределах которого на сравнительно небольшой площади сконцентрировано большое количество экологически опасных объектов широкого спектра отраслей. Санитарно-защитные зоны для отдельных предприятий относительны. Их территории не организованы, не благоустроены и не выполняют своих функций.

Орско-Новотроицкий промышленный узел расположен на территории крайнего востока европейской части России, в среднем течении р. Урала, в районе отрогов Южного Урала, среди пологих образований Салаирской гряды и сопок, составляющих оконечность Губерлинских гор, и имеет ярко выраженные платформенные черты. Климат района исследования резко континентальный. Погодные условия 2013 г. оказались наиболее засушливыми, а в 2014 г. более влажными. Почвенный покров Орско-Новотроицкого промузла представлен в основном южными карбонатными чернозёмами. Район исследования относится к степной зоне, подзоне типчаково-ковыльных степей [1].

Актуальность настоящего исследования определяется ограниченностью научных данных о состоянии растительности вблизи крупных промышленных предприятий Орско-Новотроицкого промузла.

Материал и методы исследования. В задачи исследования входило изучение динамики продукционно-деструкционных процессов в степных растительных сообществах, а также выявление

особенностей накопления макроэлементов (азота, калия, фосфора) и тяжёлых металлов в различных функциональных блоках исследуемых сообществ, различающихся видовым составом и удалённостью от источников техногенного загрязнения.

В основу методики исследования положены рекомендации, содержащиеся в известных общепринятых руководствах.

Были выбраны четыре стационарных участка. Два из них находились в непосредственной близости к промышленным предприятиям (№ 2 и 3), один на удалении 3 км (№ 1). Контрольный участок (№ 4) был заложен в 30 км северо-западнее от промузла.

Для количественного описания динамики органического вещества в сообществах использовали методику А.А. Титляновой (1971). Запас корней учитывали методом монолитов (М.С. Шалыт, 1950; Н.А. Лапинскене, 1986). На основе полученных данных о динамике основных блоков в исследуемых сообществах при помощи балансовых уравнений А.А. Титляновой (1979) рассчитан продукционно-деструкционный процесс.

Блок — любое природное тело, в которое вещество (или энергия) поступает, в котором оно может перерабатываться и из которого выходит. Блоком может быть любой компонент биогеоценоза (или его часть), который характеризуется запасами изучаемых веществ, хранящимися в нём. Были приняты следующие обозначения: G — зелёная надземная масса, L — подстилка, D — ветошь, R — живые корни, V — мёртвые корни, «av» указывает на среднее значение за определённый период, «max» — максимальное значение соответствующего запаса за период, ц/га — единица измерения запасов и приростов.

С целью установления влияния промышленного воздействия на растительный покров отбирали пробы надземных и подземных органов растений для биохимических анализов.

Изучить продуктивность растительного сообщества — значит исследовать биологический круговорот в нём по всем его звеньям и составляющим. В экосистеме растительное вещество расположено в двух сферах — надземной (ANP) и подземной (BNP), в которых создаётся чистая первичная продукция. Соотношение запаса мёртвого вещества к живому в надземной и подземной сферах [(Dav + Lav + Vav)/(Gav + RJ] характеризует жизнеспособность сообщества, показывает устойчивость к экстремальным почвенным и погодным условиям.

Формирование G зависит от мощности корневой системы, поэтому важно знать не только запасы надземных и подземных органов, но и их соотношение, т.е количество весовых единиц корней, приходящихся на единицу массы зелёных побегов

(Rav/Gav). Соотношение указывает на адаптивность фитоценозов к сложившимся экологическим условиям. При удовлетворительном результате соотношение больше 1 [2, 3].

Оценивая состояние и развитие исследуемых сообществ по динамике запаса органического вещества в основных блоках исследуемых сообществ, можно сделать вывод, что засушливый год является более продуктивным, чем влажный. Изучаемые растительные сообщества являются оригинальными, выходя из кризисного состояния путём изменения направленности процессов с учётом сложившихся климатических и экологических условий.

Для описания продукционно-деструкционных процессов в основных блоках мы использовали знак приращения Д (т.е. Д О, Д D, Д L, Д R, Д V). Продукционно-деструкционные процессы включают в себя не только прирост живой органической массы, но и отмирание растений или их отдельных частей, образование мортмассы и её минерализацию. Для обозначения минерализации нами вслед за А.А. Титляновой (1979) были приняты следующие значения: М — минерализация надземного органического вещества; W — его минерализация в подземной сфере.

При расчёте продукционно-деструкционного процесса за период исследования в этих сообществах стоит заметить, что ритмика процессов отмирания и разложения связана с фазами развития видов, слагающих сообщество (доминанта и со-доминантов), и с погодными условиями. Приращение подстилки зависит от погодных условий и накопления ветоши. Процесс минерализации L во влажный период более активен, чем в засушливый. Переход ветоши в подстилку происходит непрерывно в течение всего вегетационного периода, этот процесс учащается в период суховеев и осадков [4].

Результаты исследования. Несмотря на то что влажный год был наиболее благоприятен в отношении климатических условий, продукционные процессы в сфере ANP шли активнее в засуш-

ливый. В подземной сфере BNP, за исключением залесскоковыльно-полынково-типчакового сообщества, наблюдалась такая же тенденция. Активность минерализации подстилки и мёртвых корней снижается во влажный год по сравнению с предыдущим в залесскоковыльно-полынково-типчаковом и грудницево-залесскоковыльном, а в залесскоковыльном и молочайно-пырейно-житняковом, напротив, возрастает. Для последних двух сообществ наблюдается сходство и в отношении содержания макроэлементов, которое также возрастает во влажный год по сравнению с засушливым (табл.).

Продукционно-деструкционные процессы наиболее активно проходят в блоках грудницево-залесскоковыльного и залесскоковыльного сообществ. Наиболее низкопродуктивным является залесскоковыльно - полынково -типчаковый фито -ценоз.

При усиленной минерализации мортмассы образуется необходимое количество макроэлементов, необходимое для полноценного развития сообщества.

В засушливый год запас органического вещества в исследуемых сообществах, масса новообразованного и минерализованного гумуса, а также содержание макроэлементов имеют более высокие показатели. Концентрация ТМ выше во влажный год. Накопление макро- и микроэлементов активнее происходит в подземной сфере растительных сообществ.

Наибольшей жизнеспособностью отличается молочайно-пырейно-житняковое сообщество, особенно в засушливый год. Тем не менее стоит заметить, что при общей увеличивающейся техногенной нагрузке во влажный год залесскоковыль-ное и грудницево-залесскоковыльное сообщества становятся более жизнеустойчивыми. При этом грудницево-залесскоковыльное сообщество улучшает и свою адаптивность, чего нельзя сказать о других сообществах.

Основные показатели в исследуемых сообществах, развивающихся на территории Орско-Новотроцкого промузла

Сообщество Залескоковыльно-полынково-типчаковое Залесско-ковыльное Молочайно-пырейно-житняковое Грудницево-залесско-ковыльное

Показатель/год

2013 2014 2013 2014 2013 2014 2013 2014

Д G 58,4 16,4 66,4 35,7 49,2 41,6 16,7 17,2

Д D 74,1 26,0 63,4 48,1 71,2 59,6 20,7 19,6

Д L 75,5 28,0 65,0 46,9 70,8 59,0 20,2 18,4

М 72,2 24,0 41,7 44,5 76,5 86,6 32,9 11,0

Д R 69,1 72,8 178,9 56,0 432,0 132,0 396,7 194,0

Д V 22,7 66,8 145,3 56,0 439,9 86,0 386,7 144,4

W 31,6 16,1 0 48,0 64,7 116,0 293,4 50,4

(Dav+Lav+VJ/^+RJ 0,8 0,6 0,6 0,7 1,2 0,9 0,5 0,9

Rav/ Gav 5,3 3,6 6,0 2,6 7,9 4,6 7,8 9,0

Итог. баланс гумуса, кг/га 2749,1 2052,4 8122,9 3056,4 7480,6 3580,0 7770,8 3982,2

N + Р + К, мг/кг 373,0 277,4 633,4 403,3 455,0 502,3 822,5 389,8

Есодерж. ТМ в раст. сообщ. мг/кг 1235,1 4297,5 2508,6 4015,3 12046,3 72650,0 1350,5 2201,1

По результатам проведённого исследования следует отметить, что молочайно-пырейно-житняковое сообщество, развивающееся в непосредственной близости к промышленному предприятию и находящееся на территории г. Орска, обладает наибольшей жизнеустойчивостью и высокой адаптивностью к сложившимся техно -генным условиям, но при этом баланс гумуса незначителен, а в исследуемых блоках фитоценоза отмечается максимальное содержание ТМ. Грудницево-залесскоковыльное сообщество, расположенное в 30 км от промзоны, обладает также высокой жизнеспособностью и адаптивностью, при этом показатели баланса гумуса имеют наилучшее значение среди исследуемых участков, а в основных блоках этого фитоценоза содержание тяжёлых металлов незначительно.

В растительных сообществах, развивающихся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, наиболее активно накапливаются Мп и №, в меньшей степени Cd, Со и РЬ. Отклонение от ПДК в сторону превышения, увеличивающееся к концу вегетационного периода, отмечено во всех блоках исследуемых сообществ. По мере приближения к промузлу концентрация ТМ увеличивается во всех исследуемых блоках растительных сообществ.

Отмечено сходство показателей содержания ТМ между залесскоковыльно-полынково-типчаковым и молочайно-пырейно-житняковым сообществами,

что связано с приблизительно одинаковым удалением от источника загрязнения, а также залес-скоковыльным и грудницево-залесскоковыльным сообществами, для которых характерно сходство видового состава.

Вывод. Оценивая состояние и развитие исследуемых сообществ, можно сделать вывод, что фитоце-нозы, развивающиеся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, адаптированы к сложившимся условиям и являются жизнеспособными. Изучаемые растительные сообщества выходят из кризисного состояния путём изменения направленности процессов, с учётом сложившихся климатических и экологических условий.

Литература

1. Чикенёва И.В. Эколого-биогеохимическая оценка растительного покрова зоны влияния Орско-Новотроицкого промышленного узла: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2009. 174 с.

2. Чикенёва И.В., Кин Н.О. Динамика растительного покрова развивающегося в условиях воздействия промышленных предприятий (на примере Орско-Новотроицкого промузла Оренбургской области) // Естественные и технические науки. 2007. № 6 (32). С. 77-83.

3. Чикенёва И.В., Кин Н.О., Климентьев А.И. Продукционно-деструкционный процесс в подземных органах растительных сообществ Орско-Новотроицкого промузла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2008. № 2 (18). С. 217-219.

4. Чикенёва И.В. Агроэкологическая оценка качества почвы, находящейся под техногенным прессом Орско-Новотроицкого промышленного узла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 5 (49). С. 171-174.

Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения

В.Б. Черняхов, к.г.-м.н, Е.Г. Щеглова, к.б.н, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Джусинское месторождение расположено к югу от железнодорожной станции Теренсай Адамовского административного района Оренбургской области. Сейчас оно отрабатывается для нужд Гайского ГОКа [1]. Распределение микроэлементов как в почвообра-зующих породах, так и в почвенном покрове участка месторождения изучено достаточно подробно [2, 3].

Материал и методы исследования. Целью данного исследования являлось изучение распределения микроэлементов в дикорастущем травостое участка месторождения.

Задача, поставленная перед исследованием, заключалась в оценке соответствия спектра микроэлементов в растительном покрове спектру микроэлементов в исходном рудном объекте и почвенном субстрате, на котором произрастает эта растительность.

Методика исследования полностью соответствует действующим инструктивным указаниям и описана в ранее опубликованных работах [4, 5].

Результаты исследования. Судя по полученным данным, характер почвенного покрова Джусинского месторождения определяется его положением в зоне южных чернозёмов и наличием крупной водной артерии — р. Джусы, пересекающей участок с северо-востока на юго-запад. Пенепленезиро-ванный характер участка обусловил значительное меандрирование реки и наличие широкой гаммы аллювиальных отложений, свойственных равнинным рекам. К руслу реки с севера близко подступают контуры ортоэлювиальных ландшафтов с резко переменной мощностью эллювиального покрова. В совокупности это определило пестроту почвенного покрова. Последнее усугубляется значительной солонцеватостью и солончаковостью, имеющей сложный генезис. Преобладающая роль принадлежит чернозёмам южным, подчинённая — лугово-болотным разностям. Наиболее эродированной является северо-западная часть участка. Контуры ландшафтов на маломощном элювии (0,2 м) имеют вытянутую форму согласно простиранию пород, наиболее устойчивых к выветриванию. Последние