Главная – Журналы – Сибирский лесной журнал 2016 номер 2

Александру Александровичу Онучину - доктору биологических наук, профессору, директору Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, главному редактору нашего «Сибирского лесного журнала» - 16 февраля 2016 г. исполнилось 65 лет.

Площадь техногенных территорий на Дальнем Востоке и в Сибири продолжает увеличиваться. Задача данной статьи - отразить степень изученности процессов лесовосстановления в горнопромышленных ландшафтах Дальневосточного региона. Результаты исследований техногенных ландшафтов Дальнего Востока России - это большой объем знаний, накопленных в течение полувека, но в настоящее время весьма разрозненных. Они не столь велики, как результаты исследований природных ландшафтов, но имеют важное прикладное значение. Время воздействия горной промышленности на ландшафты Дальневосточного региона относительно непродолжительное, в основном несколько десятилетий, поэтому результаты большинства исследований относятся к ранним, реже - к средним стадиям экологических сукцессий. Наиболее основательно охарактеризованы флористические особенности горнопромышленных территорий. Много работ посвящено закономерностям самовосстановления растительного покрова. Вопросы рекультивации рассматриваются для каждого участка отдельно. Рекомендуется проводить лесохозяйственную, рекреационно-озеленительную, санитарно-гигиеническую и мелиоративную рекультивации, которые предполагают разные схемы. Выбор древесных пород обычно рекомендуется проводить из числа аборигенных видов, так как они лучше приспособлены к местным условиям произрастания. Составлены списки древесных пород, наиболее успешно приживающихся на отвалах. При наличии обширной научной литературы малочисленны детальные исследования структуры и динамики нарушенных территорий. В частности, не изучена фациальная структура техногенных территорий, не рассматривались процессы восстановления растительности дифференцированно для разных типов местообитаний, отсутствуют детальные ландшафтные и геоботанические карты нарушенных территорий. К сожалению, не развиты мониторинговые исследования естественного и искусственного лесовосстановления.

Исследование процессов восстановления нарушенных земель на городской территории является актуальной проблемой для промышленно развитых центров. В настоящее время на территории г. Новокузнецка имеются нарушенные участки, на которых проведены восстановительные мероприятия по различным технологиям рекультивации, однако не выполнены мониторинговые исследования с целью определения экологического состояния и уровня восстановления природных компонентов. Отсутствие такой информации не позволяет оценить эффективность выполненных рекультивационных работ и определить перспективы восстановления и дальнейшего использования таких земель. На основе проведенных нами исследований дана характеристика развития растительного и почвенного покрова и проведена оценка почвенно-экологического состояния рекультивированного в 70-е гг. XX в. отвала «Байдаевского» угольного разреза. Отмечено, что на поверхности отвала сформировались участки с разными растительными сообществами. Ботанический состав на рекультивированных участках представлен видами, способными успешно функционировать в условиях техногенных ландшафтов. Так как основная территория отвала рекультивирована по лесному направлению, состояние лесного яруса отличается рядом особенностей: высокой плотностью посадок при малой сомкнутости крон и, как следствие, значительной затененностью, а также низким уровнем устойчивого лесовозобновления. Участки отвала, рекультивированные разными методами, с посадкой различных древесных культур, характеризуются неодинаковым почвенно-экологическим состоянием, что может быть использовано для оценки эффективности рекультивационных работ. Почвенно-экологическая оценка эффективности проведенной рекультивации осуществляется на основе свойств почв, сформированных на поверхности отвалов. Более развитый фитоценоз, как и более развитый почвенный покров, формируется после проведения рекультивации. Почвенно-экологическое состояние основной территории отвала удовлетворительное и хорошее, что свидетельствует об успешном функционировании сформированного природно-техногенного комплекса и его способности выполнять средозащитные функции на территории города.

Представлены результаты изучения флористического состава и функциональной значимости видов растений аквальных экосистем на разных типах техногенных поверхностей Бородинского угольного разреза и оценки влияния локальных факторов на структуру растительного покрова. Список таксонов обследованных аквальных комплексов (водоемов и ветландов) включает 91 вид высших растений и 3 вида харовых водорослей. Ведущие по обилию в сообществах - водные макрофиты: Elodea canadensis Michx. , Eleocharis palustris (L.) Roem. & Schult. , Hydrocharis morsus-ranae L. , Potamogeton alpinus Balb. , P. perfoliatus L. , Sparganium emersum Rehm. , Spirodela polyrhiza (L.) Schleid. , Typha latifolia L. , Warnstorfia fluitans (Hedw.) Loeske , Chara contraria A. Braun ex Kutz., они составляют основу (до 67.6-70.9 %) мозаики растительности аквальных комплексов и дифференцируют их в структуре посттехногенного ландшафта. Наибольшее сходство видового состава между анализируемыми объектами по индексу Серенсена ( QS = 0.63-0.71) и коэффициенту ранговой корреляции Спирмена (r_s = 0.29-0.62, p < 0.01) отмечается в аквальных комплексах, возникших на минеральных поверхностях спланированных отвалов. Водоемы и ветланды, формирующиеся по периметру терриконов вдоль эрозионных склонов, отличаются низким уровнем сходства видового состава ( QS = 0.13-0.45; r_s = 0.25-0.34, p < 0.05). Непараметрический дисперсионный анализ показал статистически значимую (p < 0.001) дифференцированность видового состава по переменным значениям анализируемых факторов среды: направлению рекультивации, типу геоморфологических поверхностей и возрасту отвалов. Аквальные комплексы значительно дополняют и обогащают мозаику посттехногенного ландшафта Бородинского угольного разреза. Потенциал их разнообразия должен учитываться при разработке плана и стратегии рекультивации нарушенных территорий.

Проведена оценка состояния лесов, возникших естественным путем в механически нарушенных лесоболотных экосистемах в районах деятельности нефтегазового комплекса Сургутского Полесья Западной Сибири. Вновь возникшие леса на повышенных формах рельефа техногенного происхождения значительно отличаются от фоновых сосняков не только продуктивностью, но и строением, а также биологическим разнообразием, что дает основание называть их техногенными. Обсуждаются различия таксационных показателей техногенных лесов, возникших на валах, проложенных в суходольных лесах и болотах. Исследованиями установлено, что все повышенные формы рельефа техногенного происхождения, возникшие более 20 лет назад, в настоящее время покрыты сосновыми и лиственными лесами. Они развиваются по аналогии с закономерностями послепожарного лесообразовательного процесса и значительно продуктивнее фоновых древостоев благодаря высокой дренированности, теплоемкости и аэрации субстратов, сложенных из почвообразующих пород и почв, смешанных с лесной подстилкой, торфом и порубочными остатками. Благоприятная физическая структура техногенного субстрата и опушечная освещенность в совокупности обеспечивают лучший рост и развитие образованных лесов в отличие от пирогенных с нерасчлененным рельефом, плотными поверхностными геологическими отложениями и неразрушенными почвами. Результаты исследований свидетельствуют о высокой активности лесообразовательного процесса на участках с полностью разрушенными биогеоценозами, что указывает на необходимость пересмотра действующих природоохранных требований по охране почв и лесов в районах нефтегазового комплекса Западной Сибири. Положительные последствия разрушения почвенного покрова значительно превосходят ущерб, наносимый лесным землям, что вызывает необходимость разработки новой нормативной базы охраны природной среды и рекультивации лесных земель, основывающейся на выявленных закономерностях развития природных процессов на нарушенных, механически поврежденных землях.

Изучали вопросы восстановления растительного покрова на отвалах угольных предприятий Кузбасса. Исследования показали, что отвалы обладают широким спектром экологических условий и потенциально пригодны для поселения растений. К отрицательным экологическим факторам на отвалах следует отнести недостаток продуктивной влаги, провальную водопроницаемость, контрастный температурный режим на разных элементах рельефа, низкое потенциальное плодородие эмбриоземов, к положительным - высокую влажность в понижениях, большое содержание мелкозема в нижней части склонов отвалов, избыточное накопление снега в зимний период на отдельных участках отвалов. На нарушенных землях выявлено 8 техногенных экотопов, характеризующихся различными микрорельефом, уровнем влажности, количеством мелких фракций техногенного элювия, определяющими благоприятные, умеренно благоприятные и неблагоприятные условия для зарастания нарушенных земель. Выделены 3 стадии сингенеза: пионерная, простого и сложного растительного сообщества. Стадии зонального фитоценоза на отвалах не обнаружено. В группу диагностических признаков входят проективное покрытие, характер размещения растений, число видов, участие зональных видов. Выделенные критерии имеют универсальный характер и могут быть применимы к большинству отвалов. Скорость сингенетических сукцессий зависит не от календарного возраста отвалов, а от экологических условий, которые складываются на отдельных его участках.

Проведена сравнительная оценка животного населения просеки ЛЭП-500 и фоновых лесных участков. Тестовые группы животных показали различную реакцию на просеки ЛЭП, проходящие через светло- и темнохвойную формации. Микроартроподы в большей степени реагируют на изменение гидротермических условий почвы. Воздействие электромагнитного поля на плотность почвенных беспозвоночных проявляется в обеих формациях, но по-разному. Среди герпетобионтов на просеке в пихтаче наблюдается явное доминирование «луговых» видов, а в сосняке оно не выражено, что указывает на преобладание «биотического» фактора формирования населения. Мелкие млекопитающие (ММ) на просеках ЛЭП увеличивают обилие и разнообразие видового состава, демонстрируя доминирование кормовых и защитных условий в их распределении. В то же время размещение постоянных убежищ грызунов в зимнее время на просеках между линиями электропередач указывает на их негативное влияние. Анализ орнитофауны по оптимальности обитания показал наибольшее негативное воздействие электромагнитного поля ЛЭП. Несмотря на формирование благоприятных кормовых, защитных и гнездовых условий для птиц, обитающих в открытых местообитаниях, кустарниковых и травянистых зарослях, они избегают просеки ЛЭП. Первые результаты исследований показали двойное воздействие просек ЛЭП на население животных: формирование интразональных местообитаний и электромагнитное облучение. Однозначные выводы получены для птиц, поскольку они в большей степени испытывают это облучение и по биологическим особенностям имеют возможность реагировать на изменение местообитаний. Для остальных групп животных необходимо продолжить изучение сезонных изменений населения (для ММ) и данных инструментальной оценки различий гидротермических условий просек ЛЭП и фоновых насаждений (для беспозвоночных).

Исследовали микробные комплексы почв лесных экосистем Средней Сибири, нарушенных рубками, пожарами, выбросами поллютантов и недродобычей. Наиболее адекватными показателями для ранней диагностики состояния и оценки устойчивости почв являются содержание микробной биомассы, интенсивность базального дыхания и микробный метаболический коэффициент. Регистрируемые во времени количественные и структурно-таксономические перестройки эколого-трофических групп микроорганизмов демонстрируют направленность элементарных почвенно-биологических процессов и позволяют детально оценивать состояние почв нарушенных лесных экосистем. Сукцессии почвенных микроорганизмов отражают стадии восстановления растительности после рубок пихтарников. Структурно-функциональные нарушения в почвенном микробном блоке отмечены только на одно-двухлетних вырубках темнохвойных лесов. На травянистой стадии и в лиственных молодняках микробиологическая активность почв повышается, что сопровождает развитие дернового процесса. На стадии жердняков микробиологические процессы стабилизируются и приближены к фоновым пихтарникам. Скорость послепожарного восстановления микробоценозов почв определяется как силой пожара, так и особенностями свойств почв и сукцессиями растительности. Восстановление функциональной активности микробоценоза после низкоинтенсивных пожаров происходит в течение одного-двух лет, тогда как после высокоинтенсивных - равновесное состояние не достигается и к восьми годам. Индикационные отклики почвенной микрофлоры при устойчивом воздействии поллютантов лесотундровой зоны Норильского промышленного района регистрируются и на функциональном, и на структурном уровнях. В зонах умеренного и слабого нарушения растительности происходят количественные перегруппировки, тогда как при сильном нарушении и постоянном воздействии поллютантов отмечены структурно-таксономические перестройки, нарушается динамичность микробиологических процессов синтеза-минерализации и сокращаются адаптивные возможности сапрофитной микрофлоры как к существованию при низких температурах, так и к воздействию поллютантов. Сукцессионное развитие микробоценозов на разновозрастных отвалах определяется свойствами почвогрунтов, уклоном поверхности и развитием растительности. Рекультивация отвалов с нанесением плодородного слоя почвы ускоряет развитие и луговой растительности, и сукцессии микробоценозов.

Отвалы горных пород характеризуются разнообразием экологических условий обитания по обеспеченности кормом и возможности создания укрытий. При формировании первичных экосистем отвалов в большей степени проявляется влияние погодных условий, увеличиваются амплитуды температур, влажности и др. их сезонные различия. Исследования проводились с 2005 по 2014 г. на отвалах Бородинского буроугольного разреза, находившихся на разных сукцессионных стадиях, сформированных по трем технологиям рекультивации. Анализ данных показал положительную связь увлажненности территории и численности мелких млекопитающих. Для грызунов в большей степени характерна связь с количеством осадков летом, а насекомоядные демонстрировали большую зависимость от режима снеготаяния. Применение метода корреляционного анализа в установлении связей между численностью популяций мелких млекопитающих и погодными условиями показало слабо выраженную зависимость. Модель, полученная в результате применения факторного анализа, позволила сгруппировать показатели в три кластера. Показатели погоды, которые группировали согласно экологически обоснованной интерпретации, имели количественные оценки степени их воздействия. Первый кластер объединил показатели, характеризующие разнообразие и обилие мелких млекопитающих, второй - показатели увлажненности территории, такие как осадки летнего периода и характеристики снежного покрова (высоту снега и длительность снеготаяния), а третий - суммарные температуры весеннего и летнего периодов. Графическое отображение трех кластеров иллюстрирует их совокупное воздействие на динамику численности животных. Модель показывает зависимость динамики прироста популяции от совокупного воздействия таких показателей, как собственно численность, благоприятные температурные условия и влажность.

Исследовали состояние рекультивационных культур на экспериментальных объектах, созданных в 2001-2003 гг. в трех зонах, выделенных в зависимости от степени воздействия промышленных выбросов на древесную растительность в окрестностях городов Норильского промышленного района. Первый участок (контрольный) расположен в зоне умеренной нарушенности - в восточном направлении от г. Талнах (район р. Листвянка), второй - в зоне сильной нарушенности (район р. Наледная, 1 км на юг от пос. Оганер) и третий - в зоне очень сильной нарушенности растительности (район р. Ергалах, 10 км на юго-восток от г. Норильска). Опытные культуры созданы посадкой дичков местных популяций ели сибирской Picea obovata L., лиственницы сибирской Larix sibirica L., розы иглистой Rosa acicularis L., можжевельника сибирского Juniperus sibirica L. и черенков разных видов ив с применением различной агротехники их выращивания. В 2008 г. проведены исследования состояния (приживаемости, сохранности, показателей роста) созданных рекультивационных культур и выявлены виды древесной растительности, устойчивые к промышленным выбросам. Экспериментально установлено, что показатели приживаемости и сохранности ивовых культур, созданных черенками, зависят от агротехники их создания и лесорастительных свойств почвы. Наибольшей сохранностью и устойчивостью к воздействию промышленных выбросов обладают ивы шерстистая Salix lanata L. и копьевидная Salix hastata L.

Разработана и адаптирована в различных природных условиях и формах техногенного воздействия система классификации биологических объектов для проведения комплексных исследований. В работе использован опыт организации биологических исследований на отвалах горных пород угольных разрезов и полигонов золотодобычи, на территории, загрязненной атмосферными выбросами предприятий, а также на действующих и проектируемых водохранилищах ГЭС. Предлагается общая структура разработки классификационных схем техногенных поверхностей с выделением трех генерализованных уровней, имеющих свое назначение. Для зонирования использованы форма и интенсивность техногенного воздействия. Пространственная экстраполяция и прогноз техногенного влияния осуществляются с учетом геоморфологического положения и сукцессионной динамики техногенных местообитаний. Ведение мониторинга и ресурсная оценка проводятся по сукцессионным стадиям. Количественная оценка структуры техногенных поверхностей выполнена по материалам космической съемки среднего и высокого разрешения с обработкой в ГИС. Направления горной рекультивации отвалов угольных разрезов определяют три посттехногенные сукцессионные серии (эрозионная, лесная и степная), объединяемые в классы. Классы разбиваются на группы типов по геоморфологическому строению и формационному признаку с одинаковой последовательностью прохождения сукцессионных стадий: от ювенильной до закрытой, соответствующей зональной норме. Тип отражает стадию, выделяемую по доминирующей растительности. В Норильском промышленном районе (НПР) с постоянным воздействием поллютантов выделено пять радиальных зон по степени трансформации растительности, представляющих классы. По геоморфологическим признакам выделено четыре группы типов и два дополнительных, оценивающих наличие или отсутствие засохшего напочвенного покрова. Доминанты растительности, обычно находящиеся в климаксовом состоянии, определяют шесть типов. Классификационная схема воздействия водохранилищ ГЭС имеет по три уровня генерализации для водной и береговой поверхностей. Акватория разделяется на классы по ширине и направлению господствующих ветров (открытая, закрытая), группы типов по глубине (глубоко- и мелководную) и типы - по проточности и застойности. Береговая полоса делится на классы постоянной берегопереработки, периодического подтопления и климатического воздействия, группы типов и типы - по известным сукцессионным сериям и стадиям, характерным для прибрежной растительности.