Автореферат (Субстратно-фитоценотические характеристики участков самозарастания и рекультивации карьерно-отвальных комплексов), страница 2

Северная часть Ленинградской области расположена в подзонесредней тайги, Новгородская область – в подзоне южной тайги. Тульская областьрасположена в зоне широколиственных лесов.Исследование проводили на территории 10 карьерно-отвальных комплексов сразными субстратами. Семь из них расположены на территории Ленинградской области: 2карьера по добыче известняка, 1 – по добыче известнякового туфа, 1 – по добычефосфорита, и 3 песчаных карьера (рис.1). В Новгородской области было исследовано 2карьера: по добыче огнеупорных глин и песчаный карьер. В Тульской областиисследовали известняковый карьер. Время зарастания варьировало от 1 до 200 лет, нообычно не превышало 75 лет. На каждом карьере, по возможности, были выделенымаксимально контрастные экотопы, соответствующие элементарному почвенному ареалу.Исследование проводили на самозарастающих участках, на участках где была выполненатолько техническая рекультивация, а также там, где вслед за техническим этапом былапроведена биологическая рекультивация, заключавшаяся в посадке травянистых растенийилисаженцевхвойныхпород.сопровождалась внесением удобрений.Биологическаярекультивациятакжеиногда7Рисунок 1.

Месторасположение объектов исследованийПримечание: 1 – известняковый карьер (Елизаветино); 2 – карьер по добычеизвестнякового туфа (Пудость); 3 – известняковый карьер (Печурки); 4 – месторождениефосфоритов в Кингисеппском районе; 5 – песчаный карьер (Колтуши); 6 – песчаныйкарьер (Капитолово); 7 – песчаный карьер (Окуловка); 8 – глиняный карьер (УстьеБрынкино); 9 – песчаный карьер (Малукса); 10 – известняковый карьер (Ново-Гуровский).Глава 3. Методы сбора и обработки материала. В пределах каждого выбранногоэкотопа были заложены пробные площадки 25х25 м, (всего 41). На каждом участкевыполнены геоботанические описания и полевые описания почв («Классификация идиагностика почв России», 2004) (всего 63 прикопки).

С помощью прибора LandMapper03быловыполненовертикальноеэлектрическоезондированиедляизучениянеоднородности почв. Для каждого почвенного горизонта определены важнейшиеагрофизические, агрохимические и биологические свойства по стандартным методикам(Растворова, 1983; Химический анализ…, 1995). Были измерены следующие показатели:субстрат индуцированное дыхание (Ananyeva et al, 2008); базальное дыхание почвы, пометодике СИД, но в необогащенной субстратом почве; содержание органическогоуглерода в почве (метод бихроматного окисления И.

В. Тюрина (Тюрин, 1931); рН воднойвытяжки (1:2,5); обменная кислотность и гидролитическая кислотность; содержание СО28карбонатовацидиметрически(Цитович,гигроскопическая1994);влажностьимаксимальная гигроскопическая влажность (Рожков и др., 2002); полная влагоемкость(водовместимость) и наименьшая влагоемкость (Рожков и др., 2002); плотность почвы иплотность твердой фазы почв; структурность и каменистость почвы методом сухогопросеивания;гранулометрическийсоставпочвыпипет-методомКачинскогоспирофосфатной пептизацией микроагрегатов (Растворова, 1983); фракционно-груповойсостав гумуса по схеме И.

В. Тюрина, модифицированной В.В. Пономаревой и Т. А.Плотниковой (1980). Определение подвижных соединений фосфора и калия былоопределено по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 54650-2011),обменный аммоний был определен согласно методу ЦИНАО (ГОСТ 26489-85), нитратыбыли измерены ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86).Рассчитаны микробный метаболический коэффициент и содержание углеродамикробнойбиомассы(AndersonиDomsch,1987).Былапроведенаэколого-фитоценотическая оценка видов высших сосудистых растений для каждого участка.

Дляразных участков в пределах одного карьера рассчитан коэффициент видового сходства(коэффициент Съеренсона-Чекановского). Рассчитан коэффициент корреляции Пирсонамежду следующими характеристиками верхних горизонтов почв: содержание ила иуглерода, содержание фракций физической глины и углерода, содержание углерода иобщее проективное покрытие растительности на участке, а также содержание фракций илаи физической глины с общим проективным покрытием.Для 9 площадок известнякового карьера в Печурках провели исследованиемикробиома почвенных образцов. Общая ДНК была выделена с использованием набораMoBio (США), секвенирование V4 - вариабельного участка гена 16s рРНК проводили спомощью секвенатора третьего поколения (Junior, «Roshe»). Результаты были обработаныс использованием программы QIIME. Для сравнения микробных сообществ былипроведены анализ альфа- и бета-разнообразия.

Различия в частотах микробных таксоновмежду исследуемыми образцами определялись посредством проведения точного тестаФишера с поправкой на множественные сравнения по процедуре Бенджамини-Хохбергана 5% уровне значимости (Benjamini and Hochberg, 1995).Для верхнего органоминерального горизонта с трех точек на карьере ПО«Фосфорит» были выделены препараты гуминовых кислот по классической схеме(Александрова, 1980; IHSS, 1982). Далее для полученных препаратов гуминовых кислотрегистрировали твердофазные спектры ЯМР 13С c помощью импульсного ЯМР (ядерныймагнитный резонанс) спектрометра Brucker Ultra_Shield_500.

Полученные ЯМР 13 Сспектры препаратов гуминовых кислот были трансформированы в количественную форму9с помощью трансформации Фурье. Установление соответствия фрагментов былопроведено согласно литературным данным (Кечайкина и др., 2011; Artinger et al., 2002;Chefetz, 2002) по диапазонам химического сдвига. Отношение содержания ароматичныхструктур к алифатичным AR/AL (%) было рассчитано на основании суммированиясигналов ароматических структур по областям 105–164 и 183–190 ррm, а поалифатическим – 0–105 и 164–183 ррm.Глава 4. Общая характеристика видового состава растительности на карьерахс различными грунтами. Дана общая характеристика флор районов исследования.Проведен анализ видового состава растительности разных участков карьеров.Согласно полученным результатам, видовой состав каждого карьера индивидуален.В первую очередь он определяется окружающей флорой.

Список ведущих семейств накарьере, как правило, повторяет данное соотношение для региона, при этом частоповышена доля видов, типичных для антропогенных местообитаний, например, изсемейства бобовые. Спектр жизненных форм на карьерах разнообразен, он может какповторять соотношение жизненных форм естественных сообществ, так и значительноотличаться, как, например, в случае травянистых сообществ или группировок на скальныхпереуплотненных участках. Самозарастание обычно идет по лесной траектории, при этомрекультивация с использованием трав задерживает процесс формирования лесныхсообществ на участках. По мере формирования сомкнутых хвойных лесов, число видовможет снова снижаться, но при этом эколого-ценотический состав видов полностьюотличается от изначального. На разных экотопах сукцессия протекает с различнойскоростью, наиболее быстро зарастание происходит на участках со стабильнойповерхностью и благоприятными физико-химическими параметрами субстрата.

В случаеналичиялимитирующихфакторовучасткиостаютсябезпризнаковпоселениярастительности на многие десятилетия.Значения коэффициента Съеренсена-Чекановского указывают на то, что сходствовидового состава в пределах одного карьера может быть очень низким. Максимальноесходство видового состава наблюдается на участках, имеющих сходный рельеф и физикохимические параметры субстрата.

Из-за слишком высокой каменистости некоторыхкарьеров, сукцессия идет крайне медленно. На участках скальных днищ известняковогокарьера, несмотря на разницу срока зарастания в 40 лет, зафиксировано наибольшеесходство видового состава (92 %).Глава 5. Оценка разнообразия растений на карьерах с различнымисубстратами. Рассчитаны индексы Шеннона и обратный индекс Симпсона для каждогоописанного участка. Количество видов высших растений, зафиксированных на площадке,10варьирует от 9 (на самозарастающем трансэллювиально-аккумулятивном экотопепесчаного карьера) до 51 (на самозарастающем аккумулятивном экотопе известняковогокарьера); на токсичном пиритосодержащем субстрате растений не обнаружено.Максимальные значения индексов биоразнообразия (индекс Шеннона – 3,7;обратный индекс Симпсона – 37,2) отмечены на самозарастающем днище известняковогокарьера в Елизаветино, с большим количеством мелкозема.

На карьере по добычефосфоритов наименьшее разнообразие высших растений (индекс Шеннона – 1,3;обратный индекс Симпсона–2,1)соответствуютучастку под биологическойрекультивацией, где в настоящий момент сформирован ельник-мертвопокровник.В первые годы зарастания карьеров уровень биоразнообразия, как правило, низкий,вслучаяхсамозарастающихучастковс большимколичествоммелкозема,онувеличивается со временем (рис. 2 А). На рекультивированных участках под леснымисообществами с увеличением срока зарастания, видовое богатство, как и видовоеразнообразие, сокращаются (рис. 2 Б). При наличии на карьерах ряда лимитирующихфакторов, препятствующих развитию растительности, процессы восстановления оченьсильно затягиваются во времени (рис.

2 В).Рисунок 2. Индексы биоразнообразия разных экотопов известнякового карьера «Печурки»Примечание: А - индексы биоразнообразия на самозарастающих участках; Б – нарекультивированных участках; В – на скальных днищах.11Участки с минимальным общим проективным покрытием и видовым богатствоммогут характеризоваться максимальными индексами разнообразия. Максимальнымбиоразнообразием характеризовались карбонатные субстраты, что может быть связано какс потенциально высокой плодородностью данных грунтов, так и историческимипричинами. Согласно теории о связи регионального флористического богатства и рНпочвы (Patrel, 2002), большинство видов эволюционно приспособилось к карбонатномусубстрату в связи с широким распространением этих пород в плейстоцене.Наименьшее видовое богатство, индекс Шеннона и обратный индекс Симпсонаотмечены на самозарастающем песчаном карьере; в случае нанесения на песчаныйсубстрат органогенного материала, показатели сопоставимы с карбонатными карьерами.Глава 6.