Изучение свойств растений песчаных карьеров Московской области для восстановления растительности песчаных карьеров

Полный текст

Введение Песчаные карьеры являются необычными местообитаниями с большой выраженностью крутизны склонов и высокой подвижностью субстрата. После завершения работ карьеры должны подвергаться рекультивации, которая представляет собой комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель и, следовательно, на улучшение условий окружающей среды. Для составления плана биологической рекультивации необходимо всестороннее знание особенностей растительности песчаных карьеров. Результаты данного исследования, направленного на изучение растительности песчаных субстратов, можно использовать для планирования процессов стабилизации песчаных склонов и рекультивации песчаных карьеров, они имеют большую значимость для разработки рекомендаций по восстановлению растительности или использованию нарушенных территорий в хозяйственных целях. Материалы и методы Материалы собраны летом 2017 года (с начала июня по конец сентября) в ходе полевых исследований на территории пяти песчаных карьеров Московской области (Звенигородский, Дзержинский, Раменский, Лыткаринский, Лызлово). Основой работы стали геоботанические описания на площадках 5×5 м2, выполненные по стандартной методике. Описания проводились на склонах северной и южной экспозиций в каждом карьере для последующего сравнения. Жизненные формы определялись по системам К. Раункиера и И.Г. Серебрякова [2; 3]. Оценка экологических характеристик местообитаний проводилась с использованием экологических шкал Г. Элленберга [4]. Эколого-ценотические группы определялись по М.В. Казаковой [5]. Названия растений приведены по определителю И.А. Губанова и др. [6]. Для определения ритмов сезонного развития растений, отношения к аборигенному или адвентивному компоненту флоры использовались данные учебного пособия «Растения города Дубна» [3]. Встречаемость растений определялась с помощью рамки Л.Г. Раменского. Результаты и обсуждение Проективное покрытие растительности песчаных карьеров представляют 20- 30 %, что является характерным для песчаных ландшафтов [1]. Всего на обследованных участках карьеров было найдено 93 вида растений. Следует отметить, что на склонах южной экспозиции видовое разнообразие выше по сравнению со склонами северной экспозиции (рис. 1). Это зависит от экологических факторов местообитания, когда широкий диапазон экологических факторов (влажности почвы, освещенности и т.д.) позволяет поселиться на южном склоне большему числу видов растений. Встречаемость растений определялась с помощью рамки Л.Г. Раменского, для этого рамку бросили 50 раз на склоне каждой экспозиции, всего в результате исследования в пределы рамки Раменского попали 80 из 93 видов растений. Повторяемость попадания вида в рамку на каждом склоне была разная, но высокая встречаемость в 30 % и более была выявлена для 16 видов. Например, для Звенигородского карьера высокая встречаемость была установлена для полыни равниной (Artemisia campestris L.) - 34 % на южном склоне и 36 % на северном склоне, вейника наземного (Calamagrostis epigejos L. Roth.) - 30 % на южном и 34 % на северном склонах. Для Дзержинского карьера (южный склон) - тростника южного (Phragmitesaustralis Cav.) - 42 %, вербейника обыкновенного (Lysimachia vulgaris L.) - 36 %; для Лыткаринского карьера (северный склон) полыни обыкновенной (Artemisia vulgaris L.) - 34 %, вербейника обыкновенного (Lysimachia vulgaris L.) - 30 %; для Раменского карьера (южные склоны) - подмаренника болотного (Galiumpalustre L.) - 44 %, марьянника дубравного (Melampyrum nemorosum L.) - 48 %; для карьера Лызлово (северные склоны) - нивяника обыкновенного (Leucanthemum vulgare Lam.) - 36 %, вейника наземного (Calamagrostisepigejos L.Roth) - 34 %. Общих видов растений с высокой встречаемостью для всех карьеров не было обнаружено, однако стоит отметить, что наиболее часто встречаемыми видами в карьерах для северного и южного склонов являются вейник наземный и тростник южный. Число видов (Number of species) 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Местообитание (Habitat) Рис. 1. Видовое разнообразие растений песчаных карьеров: 1 - Звенигородский карьер южного склона; 2 - Звенигородский карьер северного склона; 3 - Дзержинский карьер южного склона; 4 - Лыткаринский карьер южного склона; 5 - Лыткаринский карьер северного склона; 6 - Раменский карьер южного склона; 7 - Раменский карьер северного склона; 8 - Лызлово карьер южного склона; 9 - Лызлово карьер северного склона [Figure 1. Species diversity of different sand pits plant: 1 - Zvenigorod sand pit of the southern slope; 2 - Zvenigorod sand pit of the northern slope; 3 - Dzerzhinsky sand pit of the southern slope; 4 - Lytkarinsky sand pit of the southern slope; 5 - Lytkarinsky sand pit of the northern slope; 6 - Ramensky sand pit of the southern slope; 7 - Ramensky sand pit of the northern slope; 8 - Lyzlovo sand pit of the southern slope; 9 - Lyzlovo sand pit of the northern slope] Среди растений с высокой встречаемостью подавляющее большинство - мезофиты 56 % (рис. 2), однако значительна доля ксеромезофитов 19 %, что полностью согласуется с данными, встреченными нами в литературе [1; 7] Небольшая доля гигромезофитов (например, вербейник обыкновенный) связана, вероятно, с контрастностью условий местообитания и присутствием сорных видов (марь белая, мятлик обыкновенный). Типичной жизненной формой, доминирующей в фитоценозах средней полосы России, является гемикриптофит. В аридных зонах, согласно К. Раункиеру, должны доминировать терофиты. Согласно полученным данным, по К. Раункиеру спектр жизненных форм растений для песчаных карьеров Подмосковья отражает типичные климатические условия умеренной зоны и своеобразие субстрата, на котором растут растения. И на северных, и на южных склонах карьеров доминируют гемикриптофиты (рис. 3). мезофит (Mesophyte) 12 % 19 % 56 % ксеромезофит (Xeromesophyte) гигрофит (Hygrophyte) гигромезофит (Hygromesophyte) Рис. 2. Соотношение экологических групп растений и влажности для растений с высокой встречаемостью на песчаных карьерах [Figure 2. Ratio of plants ecological groups in relation to humidity for plants with high occurrence on sand pits] 70 60 Доля, % (Ratio, %) 50 40 30 20 10 0 Фанерофит (Phanerophytes) Хамефит (Chamaephytes) Гемикриптофит (Hemicryptophytes) Жизненная форма (Life form) Криптофит/ Геофит (Cryptophyte/ geophytes) Терофит (Therophytes) Рис. 3. Спектр жизненных форм растений песчаных карьеров по К. Раункиеру [Figure 3. Spectrum of life forms according to the system of K. Raunkiaer on different habitats] Любопытно, что хамефиты полностью отсутствуют в большинстве карьеров, кроме Дзержинского. Подобные особенности, скорее всего, связаны с видовым разнообразием растительности, спонтанно складывающимся в каждом карьере. Стоит обратить внимание на довольно высокую долю геофитов в целом, что зависит от неблагоприятных условий, например засушливости субстрата [8]. Далее проводилась классификация жизненных форм по И.Г. Серебрякову. На основе данной классификации выявляется влияние экологических факторов на изученные растительные сообщества. В спектре жизненных форм по И.Г. Серебрякову (рис. 4) для всех карьеров было выявлено преобладание травянистых поликарпиков, среди них доминантами являются длиннокорневищные (например, вейник наземный - Calamagrostis epigeios L.Roth. и мать-и-мачеха - Tussilago farfara L.), стержнекорневые (например, одуванчик лекарственный - Taraxacum officinale L. Weber) и короткокорневищные (например, полынь обыкновенная - Artemisia vulgaris L.) растения. В условиях песчаных карьеров выявлена высокая доля стержнекорневых растений, что типично для пустынных фитоценозов [9]. Присутствие стержнекорневых растений связано с их приспособленностью к высокой инсоляции местообитаний и устойчивостью к засухе. В целом стоит отметить, что длиннокорневищные и короткокорневищные растения тяготеют к легким почвам и рыхлым субстратам, хотя последние более пластичны к условиям произрастания [10]. 30 25 Доля, % (Ratio, %) 20 15 10 5 Дерево (Tree) МДв (BMp) МОд (Amp) СК (TRPp) ДК (LRPp) КК (SRPp) РД (LCPp) ПОЛЗ (CPp) КО (RSPp) НС (OSPp) ПК (Sp) 0 Кустарничек (Shrub) Жизненная форма (Life form) Рис. 4. Спектр жизненных форм растений песчаных карьеров по И.Г. Серебрякову: травянистые монокарпики: МДв - двулетний; МОд - однолетний; травянистые поликарпики: СК - стержнекорневой; ДК - длиннокорневищный; КК - короткокорневищный; РД - рыхлодерновинный; ПОЛЗ - ползучий; КО - корнеотпрысковый; НС - надземностолонный; ПК - полукустарничек [Figure 4. The spectrum of life forms by I.G. Serebryakov on different habitats: PMp - perennial monocarpic: BMp - biennial monocarpic; Amp - annual monocarpic; Herbaceous perennial polycarpics: TRPp - tap root polycarpic; LRPp - long rhizome polycarpic; SRPp - short rhizome polycarpic; LCPp - loose cespitose polycarpic; CPp - creeping polycarpic; RSPp - root sucker polycarpic; OSPp - overground stoloniferous polycarpic; Sp - semishrub] Среди представленных эколого-ценотических групп растений подмосковных песчаных карьеров преобладают луговые виды (рис. 5). Данная группа складывается из растений, достигающих полного развития лишь в условиях хорошего освещения. Это вполне согласуется с условиями освещения в песчаных карьерах. На сухих песчаных почвах значительна примесь видов, селящихся на местах с нарушенным растительным покровом (сорные, сорно-луговые, сорно-лесолуговые и сорно-лесные виды). Хотя в целом луговые ценозы слагают мезофильные растения, они не представляют однородной экологической группы и их отношение к условиям увлажнения неодинаково. Среди растений песчаных карьеров доминируют летнезеленые (рис. 6). Это связано с произрастанием в умеренной климатической зоне, для которой характерны длительный зимний период покоя и неблагоприятные условия среды. Остальные группы (летнезимнезеленые и вечнозеленые) представлены незначительно. 50 40 30 20 10 0 304 Доля, % (Ratio, %) 0 Местообитание (Habitat) Летнезеленый (Summer green) Летнезимнезеленый (Summer-winter green) Вечнозеленый (Evergreen) Рис. 6. Ритмы сезонной вегетации растений песчаных карьеров [Figure 6. Rhythms of sand pits seasonal vegetation] Звенигородский (юж.) Zvenigorod (south.) Звенигородский (сев.) Zvenigorod (north.) Дзержинский (юж.) Dzerzhinsky (south.) Лыткаринский (юж.) Lytkarinsky (south.) Лыткаринский (сев.) Lytkarinsky (north.) Раменский (юж.) Ramensky (south.) Раменский (сев.) Ramensky (north.) Лызлово (юж.) Lyzlovo (south.) ЭКОЛОГИЯ Лызлово (сев.) Lyzlovo (north.) 60 40 20 Доля, % (Ratio, %) Даббаг А. Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2018. Т. 26. № 3. С. 299-308 Рис. 5. Соотношение эколого-ценотических групп во флоре песчаных карьеров [Figure 5. The eco-cenotic groups ratio in the flora of sand pits] 100 80 Лесной (forest) Луговой (meadow) Сорный (weedy) Эколого-ценотическая группа (Eco-cenotic group) Лесо-луговой (forest-meadow) Лугово-лесной (meadow-forest) Сорно-луговой (weed-meadow) Сорно-лесной (weed-forest) Лугово-болотный (meadow-bog) Водный-болотный (aquatic-bog) Сорно-лесной-луговой (weed-forest-meadow) Dabbagh A. RUDN Journal of Ecology and Life Safety, 2018, 26 (3), 299-308 120 100 Доля, % (Ratio, %) 80 60 40 20 Звенигородский (юж.) Zvenigorod (south.) Звенигородский (сев.) Zvenigorod (north.) Дзержинский (юж.) Dzerzhinsky (south.) Лыткаринский (юж.) Lytkarinsky (south.) Лыткаринский (сев.) Lytkarinsky (north.) Раменский (юж.) Ramensky (south.) Раменский (сев.) Ramensky (north.) Лызлово (юж.) Lyzlovo (south.) Лызлово (сев.) Lyzlovo (north.) 0 Аборигенный (Aboriginal) Местообитание (Habitat) Адвентивный (Adventive) Рис. 7. Соотношение аборигенного и адвентивного компонентов флоры песчаных карьеров [Figure 7. The ratio of aboriginal and adventive components of sandy pits flora] Среди растений песчаных карьеров доминируют аборигенные (рис. 7). Среди адвентивных растений были встречены: клен американский (Acernegundo L.), ромашник непахучий (Matricariaperforate (L.) Sch. Bip.), нивяник обыкновенный (Leucanthemum vulgare Lam.). Выводы Проведенное исследование растительности песчаных карьеров Подмосковья позволило выявить и подтвердить рад характерных особенностей формирования ценозов этих сложных по экологическим условиям мест обитания. В частности: 1. Растительный покров песчаных карьеров сильно разрежен (по сравнению с типичными условиями гумидной таежной зоны), проективное покрытие составляет 20-30 %, что в целом является характерным для песчаных ландшафтов и семиаридных зон. 2. В спектре жизненных форм по К. Раункиеру для песчаных карьеров Подмосковья преобладают гемикриптофиты, в спектре жизненных форм по И.Г. Серебрякову для всех карьеров преобладают травянистые поликарпики, среди них доминантами являются длиннокорневищные, стержнекорневые и короткокорневищные растения. 3. Среди растений песчаных карьеров преобладают луговые. 4. Виды аборигенной флоры в песчаных карьерах доминируют над адвентивными. Растения песчаных карьеров обладают рядом особенностей. Они переносят засыпание песком, так как у них повышенная способность образовывать придаточные корни или вегетативные побеги, обладают диффузной или глубоко расположенной корневыми системами, большой устойчивостью к засухе и механическим повреждениям. Эти свойства позволяют использовать данные виды для связывания сыпучего песчаного субстрата с целью предотвращения или уменьшения его подвижности, увеличения сопротивляемости ветровой эрозии, улучшения состава почвы. Поэтому рекомендуется использовать именно эти виды для восстановлении растительности песчаных карьеров при их рекультивации.

Об авторах

Алаа Даббаг

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: alaa_dabbagh@hotmail.com

аспирантка кафедры геоэкологии Российского университета дружбы народов

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы