Автореферат (Субстратно-фитоценотические характеристики участков самозарастания и рекультивации карьерно-отвальных комплексов)

На правах рукописиДмитраковаЯнина АлександровнаСУБСТРАТНО-ФИТОЦЕНОТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИУЧАСТКОВ САМОЗАРАСТАНИЯ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ КАРЬЕРНООТВАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВСпециальность03.02.08 экологияАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидатабиологических наукМосква 20192Работа выполнена на кафедре прикладной экологии ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургскогогосударственного университетаНаучный руководитель:Абакумов Евгений ВасильевичДоктор биологических наук, профессор,ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургскийгосударственный университет, и.о.заведующего кафедрой прикладнойэкологииОфициальные оппоненты:Андроханов Владимир АлексеевичДоктор биологических наук, ФГБУНИнститут почвоведения и агрохимии СОРАН,заместитель директора по научной работе,заведующий лабораторией рекультивациипочвКурганова Ирина НиколаевнаДоктор биологических наук, доцент,обособленное подразделение ФГБУН«Пущинский научный центр биологическихисследований Российской академии наук»,Институт физико-химических ибиологических проблем почвоведения РАН,ведущий научный сотрудник лабораториипочвенных циклов азота и углеродаВедущая организация:ФГБУН «Санкт-Петербургский научноисследовательский Центр экологическойбезопасности РАН» (НИЦЭБ РАН)Защита диссертации состоится «23» мая 2019 года в 15.00 часов на заседаниидиссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.203.38при ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов» по адресу: 115093, г.

Москва,Подольское шоссе, д. 8/5, экологический факультет.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВО «Российскийуниверситет дружбы народов» по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6 и насайте dissovet.rudn.ru.Автореферат разослан: «__» _________2019 г.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат биологических наукЕлена Александровна Ванисова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследования.

С каждым годом в России увеличиваются площадинарушенных земель. По данным государственного доклада о состоянии и об охранеокружающей среды РФ, на территории нашей страны нарушено более 1200 тыс. га земель.Согласно приблизительным оценкам, основной причиной образования техногенныхландшафтов является добыча полезных ископаемых – почти 900 тыс. га (Нешатаев и др.,2012). Добыча полезных ископаемых характеризуется серией негативных последствий:полное уничтожение почвенно-растительного покрова (Сумина, 2012; Абакумов иГагарина,2006),биогеохимическихизменениециклов,рельефатерритории,загрязнениетоксическимигидрологическоговеществамирежима,окружающихландшафтов (Андроханов и др., 2000), интенсивная эмиссия СО2 в атмосферу (Lal, 2004).Необходимостьрекультивацииземельиреабилитациипосттехногенныхландшафтов обусловлена постоянно нарастающими темпами нарушения территорий ишироким спектром негативных последствий горной добычи.

Доля рекультивированныхземель остается крайне низка, темпы восстановления ниже, чем скорость нарушения. Приэтом, некоторые территории можно оставить под самозарастание. Все перечисленноеобосновывает необходимость изучения процессов и механизмов первичной сукцессии.Данные исследования интересны с точки зрения фундаментальной науки, посколькукарьеры строительных материалов являются удобным объектом для изучения первичногопочвообразования и освоения растительностью свободных территорий. Исследованиемеханизмовинициальноговосстановленияпедогенеза,растительныхнеобходимосообществ,длянаучноготакже,какобоснованияипроцессовпроведениярекультивации, что несет высокую прикладную значимость.

Комплексные исследованияначальных стадий экогенеза могут быть наиболее успешными в случае хроносерийотвалов.Степень разработанности проблемы. Восстановление экосистем на карьерноотвальных комплексах изучало большое количество авторов (Баева и др., 1992;Капелькина, 1993; Махонина, 2003; Сумина, 2011, 2013; Řehounková and Prach, 2008;Borgegеrd, 1990; Ursic et al., 1997; Cullen et al., 1998; Копцева, 2005; Абакумов и Гагарина,2006; Нешатаев и др., 2013).

В существующих работах сукцессия растительного покрова ипроцессы педогенеза чаще всего рассматриваются отдельно друг от друга. Комплексныеисследования восстановления почвенно-растительного покрова и связанного с нимимикробиома по-прежнему актуальны.Цель работы – выявить связь темпов природного и рекультивационноговосстановления фитоценозов со свойствами субстрата, а также влияние формирующегося4растительного сообщества на характеристики молодых почв.

Для достижения целирешались следующие задачи:1. Охарактеризовать направленность почвообразовательных процессовна различных субстратах карьерно-отвальных комплексов;2. Провести анализ видового состава растительных сообществ накарьерах с разными грунтами;3. Оценить микробиологическую активность почв и разнообразиемикробных сообществ на разных участках карьеров строительных материалов;4.

Выяснить особенности изменения физико-химических и физическихсвойств грунтов.Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ почвенного ирастительного компонентов, включая детальный анализ почвенных микробных сообществкарьерно-отвальных комплексов с различными субстратами. Выявлена субстратнаяприуроченность типов инициального почвообразования, что позволяет прогнозироватьпараметры почвенно-экологической эффективности рекультивации земель в различныхсубстратно-фитоценотических комбинациях. Оценены риски дополнительной эмиссииСО2 в атмосферу и возможность секвестрации углекислого газа почвами карьеров.

Оцененметод вертикального электрического зондирования для изучения неоднородностипостехногенных субстратов.Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты полезныпри планировании современных подходов к рекультивации земель.Они даютвозможность оценивать экологические последствия при принятии плана на этаперазработки полезных ископаемых, выборе технического и биологического этаповрекультивации, а также возможности оставления участка под самозарастание.Положения, выносимые на защиту:1. Эффективность восстановления экосистем в посттехногенных и техногенныхместообитанияхкарьерно-отвальныхкомплексовзависитотформированияблагоприятных свойств субстрата, определяющего возможность инициации сукцессии.Трендыразвитияэкогенезаопределяютсясочетаниямисубстратныхигеоморфологических условий в пределах карьерно-отвальных комплексов.2.

Для перехода микробоценоза в климаксную стадию, стабилизации углеродногоцикла и увеличения стабильности экосистем необходимо восстанавливать определенныегруппы микроорганизмов, а именно – олиготрофов.53. Формирование большого количества посттехногенных форм мезорельефаблагоприятствуетдиверсификациибиоразнообразияиразнообразияпочвисоответствующих эдафических условий.4. В условиях карьерно-отвальных комплексов для выявления неоднородностисложенияпочвенногоэлектрическогопрофилязондирования.посттехногенныхтерриторийэффективнымОднакочастоиз-заявляетсяметодсложногонаблюдаютсявертикальноговнутреннегоаномальновысокиерельефазначениякажущегося электрического сопротивления.Степень достоверности и апробация результатов.

Основные результаты иположения работы были представлены на семинарах кафедры прикладной экологииСПбГУ; на международной научно-технической конференции преподавателей, студентов,аспирантов и докторантов «Современные проблемы и перспективы рациональноголесопользования в условиях рынка» (СПб 2014); на X молодежной экологической школеконференции «Рациональное использование природных ресурсов и проблемы сохранениябиоразнообразия» (СПб 2015); на международной научной конференции «Природнотехногенные комплексы: современное состояние и перспективы восстановления»(Новосибирск, 2016); на VII съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Белгород,2016); на II Научно-практическом семинаре для стипендиатов Фонда имени В.И.Вернадского«Актуальныенаучныеисследованиявсфереуправленияприродопользованием и экологической безопасности»; на 6 молодежном экологическомконгрессе «Северная пальмира» (СПб, 2017); на Всероссийской научной конференции«Агроэкосистемы в естественных и регулируемых условиях: от теоретической модели кпрактикепрецизионногоуправления»(СПб,2017);на1-омРоссийскомМикробиологическом Конгрессе (Пущино, 2017); на 9-й международной конференции«Biodiversity research» (Daugavpils, Латвия, 2017); на международных экологическихконференциях «University Alliance for Sustainability» (Berlin, Германия, 2016, 2017); намеждународном конгрессе SUITMA 9 (Москва, 2017);на 7-ой международнойконференции ИЮПАК по зеленой химии (Москва, 2017).Глава 1.

Экологические последствия горнодобывающей деятельности (обзорлитературы). В главе рассмотрены основные негативные последствия разработкиполезных ископаемых: загрязнение воздуха, воды и почв; изменение биогеохимическихциклов, физических свойств субстрата (Claussen et al., 2001). При полном уничтожениипочвенно-растительного покрова исчезает большое количество местообитаний, чтосоздает угрозу для биоразнообразия (Thornton, 1996).6Описаны различные подходы к установлению целей рекультивации и оценкеуспеха проведенных мероприятий. Большое внимание уделено изучению первичнойсукцессии, жизненным стратегиям видов колонистов, факторам, оказывающим большоевлияние на восстановление экосистем (Андроханов, 2000).

Рассмотрено влияниерастительных сообществ на почвенные параметры (Арчегова, 1992), а также то, какимобразом свойства субстрата способны определять тип доминирующей растительности.Поскольку карьерно-отвальные комплексы являются источником выделения большихколичеств СО2 в атмосферу (Лосев, 2009), оценена роль почвы в эмиссии идепонировании углекислого газа. Заключительная часть главы посвящена современнымперспективам рекультивации земель.Глава2.исследования.ПриродныеРассмотреныусловиярайоновифизико-географическиехарактеристикиобъектовхарактеристикиТульской,Ленинградской и Новгородской областей. Кратко описаны геологическое строение,рельеф, климат, особенности выпадения осадков, средние температуры, преобладающийтип почв и растительности. Все области характеризуются умеренно-континентальнымклиматом, однако среднегодовое количество осадков, влажность воздуха и средниетемпературы различны.