СТАТЬИ
РАСТИТЕЛЬНОСТЬ И ПОЧВА В НАЧАЛЕ ВТОРОГО ЭТАПА
СХЕМЫ ПРИРОДОВОССТАНОВЛЕНИЯ В ПОДЗОНЕ ЮЖНЫХ ТУНДР
А. Панюков
Научные интересы: природовосстановление, тундровые экосистемы Природопользование, понимаемое как широкое потребление био- и минеральных ресурсов, закономерно сопровождается разрушением природных экосистем, потерей их биоразнообразия [3, 5]. Использование опыта сельскохозяйственного освоения тундры позволило разработать концептуальную схему природовосстановления с учетом суровых климатических условий Крайнего Севера [1, 4]. Природовосстановление проводится в два этапа, из которых первый (интенсивный) – 2-3-летний имеет целью закрепление грунта, профилактику развития эрозионного процесса на открытых (без растительного покрова) участках и создание нового биологически активного слоя. Это достигается внесением удобрений и посевом многолетних (местных видов) трав. За два-три года формируется агроценоз с луговоподобной почвой, в которой характерным является одернованный гумусовый горизонт мощностью около 5 см. На втором (ассимиляционном) этапе происходит постепенное замещение сеяного агроценоза после прекращения ухода за ним (внесение удобрений), изменение типа растительного сообщества, его состава и сопряженное с этим преобразование почвы [2]. На участке, находящемся близ поселка Хальмер-Ю в 80 км к северу от г. Воркута, в 90-х годах проводили отработку приемов агротехники для целей рекультивации на первом этапе схемы природовосстановления. Участок располагается в типичных условиях тундры на вершине невысокого водораздельного увала на месте, нарушенном транспортом. Подготовка участка перед закладкой опытов включала удаление верхнего слоя (7-12 см) грунта, в котором могли содержаться семена и жизнеспособные части растений от разрушенного сообщества. Такие условия имитируют свеженарушенную поверхность. Схема опыта включала варианты с разными дозами минеральных удобрений (NPK 45 и 90 кг действующего вещества на 1 га), органо-минеральным удобрением на основе лигнина, а также различные нормы высева семян мятлика лугового (Poa pratensis). Для контроля оставлен участок без посева и удобрений (на самозарастание). Уход за травами состоял в ежегодной подкормке удобрениями по схеме опыта, травы не скашивали. На четвертый год уход за травами был прекращен. В опыте начался второй, "ассимиляционный" этап разработанной схемы. Наши наблюдения проведены на 12-й год после начала опытов и на восьмой год после окончания ухода. Без посева трав на участке с полностью удаленным органогенным слоем самовосстановление растительного сообщества происходит очень медленно. Это подтверждается многими исследователями [6, 8, 10]. Так, по нашим наблюдениям на 12-й год поверхность субстрата покрыта лишь водорослевой коркой и протонемой мхов, единичными особями овсяницы овечьей (Festuca ovina) (фото 1). Иная картина наблюдается по окончании первого «интенсивного» этапа схемы природовосстановления. К третьему году жизни разница между вариантами с разными нормами высева семян и дозами удобрений сгладилась. [9]. На третий-четвертый год формируется сомкнутое травянистое сообщество и соответствующий ему задернованный слой. В течение восьми лет после прекращения ухода на опытный участок с разной степенью активности происходит постепенное внедрение тундровых видов. Их количество на шестой год жизни трав составило 11-12 видов [9]. После прекращения внесения удобрений сохраняется достаточно высокая плотность травостоя, что вместе с накопленным слоем слаборазложившихся растительных остатков препятствует активному внедрению растений-аборигенов. Из наиболее активных видов нами в ходе наблюдений отмечены овсяница овечья, вейник незамечаемый (Calamagrostis neglecta), ожика мелкоцветковая (Luzula parviflora), пижма дваждыперистая (Tanacetum bipinnatum), горец змеиный (Bistorta major), а также кустарники – ива сероголубая (Salix glauca), и. филиколистная (S. phylicifolia), карликовая береза (Betula nana). Степень покрытия внедрившихся видов не превышает 5-7 %, внедряющиеся мохообразные местами достигают проективного покрытия до 40 % (пятна). В целом, на опытный участок к концу первого десятилетия «ассимиляционного» этапа внедряются 45 видов местной флоры (мохообразные определены д.б.н. Г.В. Железновой): Achillea millefolium
В течение первого десятилетия после прекращения ухода происходит ослабление жизненного состояния сеяного мятликового травостоя, активизируется внедрение видов тундровой флоры, при этом заметно возрастает разнообразие растительного покрова, главным образом за счет видов разнотравья, составляющих около 59 % общего числа зафиксированных видов. Обращает на себя внимание разрастание мохообразных (30 % общего числа видов). Подобная же картина постепенного вытеснения высеянных трав отмечена на других опытных участках в Воркуте [2, 7], Усинском районе. Формирование почвы на первом этапе происходит на базе горизонта Bg (или Gtx) под действием определенного агрорежима и посева трав, продуктивность которых поддерживается внесением минеральных удобрений. Продуктивность является одной из важнейших характеристик, определяющих состояние экосистемы. Она характеризует богатство данной экосистемы и выражается величиной урожая трав. Мятлик луговой, использованный в опыте, является сильным доминантом при достаточном обеспечении посева питательными веществами. При ежегодном внесении минеральных удобрений (NPK) на четвертый год жизни в верхнем субстратном слое (0-5(7) см) образуется горизонт, насыщенный корнями и корневищами (1300-2200 г/м2) [7, 9]. Доля подземной фитомассы в этом горизонте составляет 80-90 % от всего количества корневой массы в 20-сантиметровом слое, что свидетельствует об образовании задернованного горизонта на восстанавливаемом участке. По мере изменения состава растительного покрова преобразуется продуктивный слой новообразованной почвы. Поскольку не происходит отчуждения фитомассы, на поверхности почвы скапливается значительное количество отмершей массы старой травы. В силу зональных климатических особенностей региона процесс разложения идет замедленно, и растительные остатки остаются слаборазложенными долгое время (см. таблицу, фото 2). Прекращение внесения удобрений через восемь лет на порядок снижает содержание живых корней в дерновом горизонте, что связано с ослаблением жизненности мятлика. По весу доля живых корней в подземной фитомассе на 12-й год составляет лишь 139 г/м2 (16.3 %) (см. таблицу), т.е. происходит преобразование дернового слоя. В количественном отношении этот показатель даже меньше, чем был на контрольном участке (посев без удобрений) при уходе на четвертый год жизни трав (165 г/м2) [9]. На период наших наблюдений доля мятлика составляет большую часть общего количества живой наземной фитомассы (см. таблицу), т.е. несмотря на ухудшение жизненного состояния травостоя, мятлик пока остается доминантом. Масса внедрившихся травянистых растений невелика и сопоставима с массой мохообразных, развивающихся на участке. В результате отмирания побегов мятлика на поверхности почвы накапливается слой растительных остатков, соотношение живой и отмершей фитомассы составляет 1:18. В подземной фитомассе это соотношение составляет 1:6. Отмершая трава и корневые остатки, остающиеся слаборазложившимися в течение долгого времени вследствие медленных темпов микробиологических процессов, играют важнейшую роль в сохранении дернового горизонта, который предотвращает развитие эрозионных процессов в переходный период восстановления нарушенного сообщества. В соответствии с преобразованием растительного покрова можно констатировать трансформацию новообразованной одернованной почвы. Почвенный профиль на восьмой год после начала второго этапа имеет следующее строение: Aдерн. A1 0-1(4) см. На поверхности почвы уплотненный слой отмершей травы и мхов 0.5-2 см. Минеральная масса сероватой или темно-серой окраски, бесструктурная. Имеются слаборазложившиеся растительные остатки. BGtx 1(4)-3(10) см. Средний суглинок светлой серой окраски. Немногочисленные нитевидные корни растений. Уплотнен и слегка увлажнен. Bgtx 3(10)-15(20) см. Суглинок светло-коричневый. Химическая характеристика почвы в разные годы жизни трав представлена на рисунке. Посев и внесение удобрений произвели в 1990 г. Поскольку травостой еще не был развит в полной мере, растения не успели усвоить достаточное количество внесенных питательных веществ, на это указывает несколько повышенный уровень содержания азота и фосфора (по сравнению с третьим годом существования травостоя). Кроме того, в год посева не отмечено наличие гумусовых веществ, так как органические остатки прежнего растительного сообщества были удалены при заложении опытов, а новые еще не поступили. В последующие годы с развитием полноценного травостоя сформировался определенный запас питательных элементов и гумуса в биогенно-аккумулятивном слое. В процессе преобразования травостоя в тундровый биогеоценоз прослеживаются тенденции в изменении содержания веществ в трансформирующейся вслед за растительностью почве. На восьмой год после прекращения внесения удобрений содержание основных элементов питания довольно высокое. С ослаблением жизненного состояния высеянных трав уменьшается потребление легкодоступных форм питательных элементов, а в ходе процесса разложения органики увеличивается содержание гумуса в верхнем задернованном горизонте почвы. Итак, в ходе наблюдений установлено наступление начальной стадии преобразования культурной экосистемы: – при прекращении ухода сеяный травостой постепенно изреживается, на участок внедряются разнотравье, ивы, другие виды тундровой флоры; – вслед за преобразованием растительности начинается трансформация почвы; – эрозионные процессы на участке не активизируются. Живые и отмершие корневые системы высеянных трав выполняют противоэрозионную защитную функцию. ЛИТЕРАТУРА 1. Арчегова И.Б. Эффективная система восстановления – основа перспективного природопользования на Крайнем Севере. Сыктывкар, 1998. 10 с. – (Сер. Науч. докл. / Коми НЦ УрО РАН; Вып. 412). 2. Арчегова И.Б., Котелина Н.С., Турубанова Л.П. Возобновление биологического разнообразия на техногенных территориях Севера в процессе ускоренного природовосстановления // Биологическое разнообразие антропогенно трансформированных ландшафтов европейского Северо-Востока России. Сыктывкар, 1996. С. 59-69. – (Тр. Коми НЦ УрО РАН; № 149). 3. Биологическая рекультивация на Севере (вопросы теории и практики). Сыктывкар, 1992. 104 с. 4. Восстановление земель на Крайнем Севере. Сыктывкар, 2000. 152 с. 5. Восстановление – конструктивная часть проблемы защиты природы / И.Б. Арчегова, Т.В. Евдокимова, Н.С. Котелина и др. // Докл. III междунар. конф. "Освоение Севера и проблемы рекультивации". Сыктывкар, 1997. С. 4-10. 6. Дружинина О.А. Динамика растительности в районах интенсивного освоения Крайнего Севера // Сообщества Крайнего Севера и человек. М.: Наука, 1985. С. 205-231. 7. Особенности природопользования и перспективы природовосстановления на Крайнем Севере России / Н.С. Котелина, И.Б. Арчегова, Г.Г. Романов и др. Екатеринбург, 1998. 147 с. 8. Работнов Т.А. Фитоценология. М.: Изд-во МГУ, 1983. 296 с. 9. Тетерюк Б.Ю., Громова О.В., Арчегова И.Б. Динамика формирования основных структур экосистемы на интенсивном этапе рекультивации // Биологическое разнообразие антропогенно трансформированных ландшафтов европейского Северо-Востока России. Сыктывкар, 1996. С. 70-79. – (Тр. Коми НЦ УрО РАН; № 149). 10. Cargill S.N., Chapin F.S. Application of successional theory to tundra restoration: a review // Arctic & Alpine Res., 1987. Vol. 19, № 4. P. 366-372.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3532 посещений с 24.10.2002 |