Изменение флористического состава растительных сообществ караканского хребта вблизи угольных разрезов

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018; : 66-88

Изменение флористического состава растительных сообществ караканского хребта вблизи угольных разрезов

Куприянов А. Н., Казьмина С. С., Зверев А. А.

https://doi.org/10.17223/19988591/43/4

Аннотация

В районе интенсивной угледобычи на юге Сибири изучалось влияние антропогенного (низовые пожары, сенокошение, рекреация, сбор ягод) и техногенного воздействия (образование большого количества угольной пыли и выпадение солей тяжелых металлов) на флористический состав и структуру растительных сообществ Караканского хребта. Результаты многолетнего исследования показали, что антропогенное воздействие вызывает увеличение коэффициента вариации показателей видового состава. После длительного сенокошения во флористическом составе с высоким классом постоянства присутствуют сорно-луговые и сорные растения, которые заменяют виды послелесных лугов. В результате сбора ягод и рекреации поселяются виды, более характерные для суходольных лугов. Сильные низовые пожары приводят к формированию растительного покрова с более низкими классами постоянства видов. Для выявления степени антропогенного и техногенного воздействия эффективным оказался кластерный анализ с использованием бинарного коэффициента Чекановского как по полному видовому составу, так и по спискам таксонов с высокими классами встречаемости. Для наглядного представления различий между мониторинговыми полигонами с разной степенью техногенной нагрузки составлены сравнительные графические схемы, а также проведена ординация растительных сообществ с использованием показателя активности видов.

Список литературы

1. Stojiljkovic E., Grozdanovic M., Marjanovic D. Impact of the underground coal mining on the environment // Acta Montanistica Slovaca. 2014. № 19. PP. 6-14.

2. Куприянов А.Н., Манаков Ю.А., Баранник Л.П. Восстановление экосистем на отвалах горнодобывающей промышленности Кузбасса. Новосибирск : Академическое изд-во «Гео», 2010. 160 с.

3. Манаков Ю.А., Стрельникова Т.О., Куприянов А.Н. Формирование растительного покрова в техногенных ландшафтах Кузбасса. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2011. 163 с.

4. Копытов А.И., Манаков Ю.А., Куприянов А.Н. Развитие угледобычи и проблемы сохранения экосистем в Кузбассе // Уголь. 2017. № 3. С. 72-77. doi: 10.18796/00415790-2017-3-72-77

5. Roy D., Gautam S., Singh P., Singh G., Kanti Das B., Kumar Patra A. Carbonaceous species and physicochemical characteristics of PM in coal mine fire area a case study // Air Quality, Atmosphere & Health. 2016. № 9. PP. 429-437. doi: 10.1007/s11869-015-0355-2

6. Голохваст К.С., Куприянов А.Н., Манаков Ю.А., Агошков А.И. Экологическая характеристика атмосферных взвесей угольных объектов: от места добычи до сжигания // Горный журнал. 2017. № 4. С. 87-90. doi: 10.17580/gzh.2017.04.18

7. Singh Dr. Jiwan & Kalamdhad Ajay. Effects of heavy metals on soil, plants, human health and aquatic life // International Journal of Research in Chemistry and Environment. 2011. № 1. PP. 15-21.

8. Gupta S., Sharma S. Effect of heavy metal present in cement dust on soil and plants of Nokha (Bikaner) // Current World Environment. 2013. Vol. 8, № 2. PP. 299-303. doi: 10.12944/ CWE.8.2.16

9. Chibuike G.U., Obiora S.C. Heavy metal polluted soils: effect on plants and bioremediation methods // Applied and Environmental Soil Science. 2014. 12 p. Article ID 752708. doi: 10.1155/2014/752708

10. Цандекова О.Л. Динамика накопления пигментов в листьях Betula pendula Roth. в условиях породного отвала угледобывающей промышленности // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2016. № 6. С. 60-64.

11. Ignatavicius G., Sinkevicius S., Lozyte A. Effects of grassland management on plant communities // Ekologija. 2013. Vol. 59, № 2. PP. 99-110. doi: 10.6001/ekologija.v59i2.2713

12. Лащинский Н.Н., Шереметова С.А., Макунина Н.И., Буко Т.Е., Писаренко О.Ю. Растительный мир Караканского хребта. Новосибирск : Академическое изд-во «Гео», 2011. 120 с.

13. Лащинский Н.Н. Хионофильное высокотравье Караканского хребта (Кемеровская область) // Растительный мир Азиатской России. 2008. № 2. С. 75-79.

14. Флора Сибири : в 14 т. / под ред. И.М. Красноборова, Л.И. Малышева, Г.А. Пешковой и др. Новосибирск : Наука, 1988-2003.

15. Зверев А.А. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова. Томск : ТМЛ-Пресс, 2007. 304 с.

16. Голохваст К.С., Куприянов А.Н., Манаков Ю.А., Чекрыжов И.Ю., Поселюжная А.В., Семенихин В.А. Редкоземельные минералы в атмосферных взвесях Караканского угольного разреза Кузбасса по данным загрязнения снежного покрова // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2014. № 52. С. 91-96.

17. Голохваст К.С., Куприянов А.Н. Техногенное загрязнение территории // Экологический мониторинг в районах угледобычи. Новосибирск : Академическое изд-во «Гео», 2017. С. 25-58.

18. Czekanowski J. „Coefficient of racial likeness" und „durchsehnittliche Differenz" // Anthropologischer Anzeiger. 1932. № 9. PP. 227-249.

19. Dice L.R. Measures of the amount of ecologic association between species // Ecology. 1945. Vol. 26, № 3. PP. 297-302.

20. S0rensen T. A new method of establishing groups of equal amplitude in plant sociology based on similarity of species content and its application to analysis of the vegetation on Danish commons // Biologiske Skrifter / Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. 1948. Vol. 5, № 4. PP. 1-34.

21. Hammer O., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Palaeontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis // Palaeontologia Electronica. 2001. Vol. 4, № 1. PP. 1-9.

22. Юрцев Б.А. Флора Сунтар-Хаята. Л. : Наука, 1968. 235 с.

23. Hill M.O. DECORANA - a FORTRAN Program for Detrended Correspondence Analysis and Reciprocal Averaging. Ithaca : Cornell University, 1979. 52 р.

24. Hill M.O., Gauch H.G. Detrended correspondence analysis: an improved ordination technique // Vegetatio. 1980. Vol. 42. PP. 47-58.

25. Новаковский А.Н. Методы ординации в современной геоботанике // Вестник Института биологии Коми НЦ УрО РАН. 2008. № 10. С. 2-8.

26. Малиновских А.А., Куприянов А.Н. Экологическая структура флоры гарей и этапы их зарастания в равнинных сосновых лесах Алтайского края // Сибирский экологический журнал. 2013. Т. 20, № 5. С. 653-660.

27. Кобечинская В.Г. Динамика горизонтальной структуры пойменной растительности на заповедных территориях Крыма // Ученые записки Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2016. Т. 2(68), № 1. С. 63-78.

28. Егорова В.Н. Влияние эколого-антропогенных факторов на флористический состав пойменных лугов Оки (Московская обл.) // Растительные ресурсы. 1981. Т. 17, № 3. С. 257-263.

29. Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообразования. Новосибирск : Наука, 1996. 251 с.

30. Малиновский А.А., Куприянов А.Н. Пирогенные сукцессии в равнинных сосновых лесах южной части Западной Сибири. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2015. 208 с.

31. Султангазина Г.Ж., Куприянов А.Н. Пирогенные сукцессии в сосновых лесах Кокчетавской возвышенности после пожаров. Новосибирск : Академическое изд-во «Гео», 2017. 174 с.

32. Опарин М.Л., Опарина О.С. Влияние палов на динамику степной растительности // Поволжский экологический журнал. 2003. № 2. С. 158-171.

33. Скользнева Л.Н., Недосекина Т.В. Влияние пожара 2010 года на состояние редких видов растений в урочище Морозова гора // Редкие виды грибов, растений и животных Липецкой области: Информационный сборник материалов. Воронеж : Научная книга, 2011. Вып. 4. С. 144-150.

34. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Папян Э.Э., Сомов В.В. Использование биоиндикационных свойств растительности при оценке трансформации ландшафтов в районе разработки Сибайского медноколчеданного месторождения (Южный Урал) // Сибирский экологический журнал. 2017. № 3. С. 350-366. doi: 10.15372/SEJ20170312

Tomsk State University Journal of Biology. 2018; : 66-88

Change in the vegetation of the Karakanskiy ridge near surface coal mines

Kupriyanov A. N., Kazmina S. S., Zverev A. A.

https://doi.org/10.17223/19988591/43/4

Abstract

We investigated changes in the structure of plant communities (floristic composition and species activity) under the influence of anthropogenic and technogenic factors. The studies were conducted in close proximity to rapidly developing surface coal mines and areas of intensive agriculture (Karakanskiy ridge, Kemerovo Region, Russia). The Karakanskiy ridge is located submeridionally and cuts the Kuznetsk Basin into the eastern and western parts (See Fig. 1). On the west side, at present, 15 opencast coal mines are being built. Technogenic factors that can affect vegetation include high contamination of the territory with coal dust and heavy metals. Anthropogenic influence is associated with mowing grass, recreation, and berry picking. The research was carried out in 2012-2015 on monitoring platforms (MP) of two transects located across the ridge with different levels of anthropogenic and technogenic impact (See Fig. 2, Table 1). Similar plant communities, not subject to anthropogenic and technogenic effects, were taken as control sites. We investigated the species richness of the MP, the partial cover, the number of genetes and ramets for each species (See Table 3). The releves of elementary one sq. meter study plots were pooled in integrated botanical information system IBIS. The images of projections of the covers of plots were processed in the graphic editor PaintNET. Microsoft Excel spreadsheet processor was used for partial covers calculation. For indirect ordination, detrended correspondence analysis (DCA, a variant of factor analysis) was used to analyze the activity of species, derived from their mean percentage cover and constancy over elementary plots in each MP. To compare the species composition in the monitoring sites, UPGMA-clustering using Czekanowski / Dice / S0rensen coefficient was applied to group joint floras of MPs. A total of 200 elementary plot releves was analyzed. As a total, we identified 236 species of vascular plants for ten MPs. The annual number of species on single MP is in the range of 25-52 plants per m². The difference in number of species by year has a fluctuation character and in most cases does not exceed confidence intervals. The biggest coefficients of variation were registered for the MPs of the southwestern slope (MPs 3, 4 and 7), where the strongest influence on phytocoenosis is caused by ground fires, as well as pollution from open-cut coal mines. The lowest coefficient of variation in the floral composition is scored in the areas with the minimal anthropogenic impact (control sites). Ruderal plants and meadow weeds (Pimpinella saxifraga, Poa angustifolia, Dactylis glomerata, Festuca pratensis, Veronica chamaedrys, Taraxacum officinale, Plantago media) are present in a floristic composition with a high constancy class after a long-term mowing (See Table 4). They replace species of post-forest meadows - Brachypodium pinnatum, Galium boreale, Trollius asiaticus, and Hieracium umbellatum. As a result of berrying and recreation, the species more characteristic for upland meadows (Phlomoides tuberosa, Calamagrostis epigeios, Sanguisorba officinalis, and Cirsium setosum) appear in plant communities. Strong ground fires lead to the formation of a vegetation with lower constancy classes species. The revealing of effect of the technogenic factor on species composition and species activity is not yet possible. The variability of species activity values is approximately the same in the control and in most MPs located on the northeastern slope represented by the post-forest meadows. The plant communities located on the northeastern slope occupy a special position, which should be genetically associated with forest meadow communities, but under the influence of longstanding haymaking the changes in the floristic composition and activity of species have undergone significant transformation. Picking berries and partially trampling the grass stand also changes the structure and parameters of vegetation. Despite the fact that this is a temporary factor, the species composition and activity on such MPs differs markedly from similar sites. The paper contains 6 Figures, 4 Tables and 34 References.

References

1. Stojiljkovic E., Grozdanovic M., Marjanovic D. Impact of the underground coal mining on the environment // Acta Montanistica Slovaca. 2014. № 19. PP. 6-14.

2. Kupriyanov A.N., Manakov Yu.A., Barannik L.P. Vosstanovlenie ekosistem na otvalakh gornodobyvayushchei promyshlennosti Kuzbassa. Novosibirsk : Akademicheskoe izd-vo «Geo», 2010. 160 s.

3. Manakov Yu.A., Strel'nikova T.O., Kupriyanov A.N. Formirovanie rastitel'nogo pokrova v tekhnogennykh landshaftakh Kuzbassa. Novosibirsk : Izd-vo SO RAN, 2011. 163 s.

4. Kopytov A.I., Manakov Yu.A., Kupriyanov A.N. Razvitie ugledobychi i problemy sokhraneniya ekosistem v Kuzbasse // Ugol'. 2017. № 3. S. 72-77. doi: 10.18796/00415790-2017-3-72-77

6. Golokhvast K.S., Kupriyanov A.N., Manakov Yu.A., Agoshkov A.I. Ekologicheskaya kharakteristika atmosfernykh vzvesei ugol'nykh ob\"ektov: ot mesta dobychi do szhiganiya // Gornyi zhurnal. 2017. № 4. S. 87-90. doi: 10.17580/gzh.2017.04.18

7. Singh Dr. Jiwan & Kalamdhad Ajay. Effects of heavy metals on soil, plants, human health and aquatic life // International Journal of Research in Chemistry and Environment. 2011. № 1. PP. 15-21.

8. Gupta S., Sharma S. Effect of heavy metal present in cement dust on soil and plants of Nokha (Bikaner) // Current World Environment. 2013. Vol. 8, № 2. PP. 299-303. doi: 10.12944/ CWE.8.2.16

10. Tsandekova O.L. Dinamika nakopleniya pigmentov v list'yakh Betula pendula Roth. v usloviyakh porodnogo otvala ugledobyvayushchei promyshlennosti // Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. № 6. S. 60-64.

11. Ignatavicius G., Sinkevicius S., Lozyte A. Effects of grassland management on plant communities // Ekologija. 2013. Vol. 59, № 2. PP. 99-110. doi: 10.6001/ekologija.v59i2.2713

12. Lashchinskii N.N., Sheremetova S.A., Makunina N.I., Buko T.E., Pisarenko O.Yu. Rastitel'nyi mir Karakanskogo khrebta. Novosibirsk : Akademicheskoe izd-vo «Geo», 2011. 120 s.

13. Lashchinskii N.N. Khionofil'noe vysokotrav'e Karakanskogo khrebta (Kemerovskaya oblast') // Rastitel'nyi mir Aziatskoi Rossii. 2008. № 2. S. 75-79.

14. Flora Sibiri : v 14 t. / pod red. I.M. Krasnoborova, L.I. Malysheva, G.A. Peshkovoi i dr. Novosibirsk : Nauka, 1988-2003.

15. Zverev A.A. Informatsionnye tekhnologii v issledovaniyakh rastitel'nogo pokrova. Tomsk : TML-Press, 2007. 304 s.

16. Golokhvast K.S., Kupriyanov A.N., Manakov Yu.A., Chekryzhov I.Yu., Poselyuzhnaya A.V., Semenikhin V.A. Redkozemel'nye mineraly v atmosfernykh vzvesyakh Karakanskogo ugol'nogo razreza Kuzbassa po dannym zagryazneniya snezhnogo pokrova // Byulleten' fiziologii i patologii dykhaniya. 2014. № 52. S. 91-96.

17. Golokhvast K.S., Kupriyanov A.N. Tekhnogennoe zagryaznenie territorii // Ekologicheskii monitoring v raionakh ugledobychi. Novosibirsk : Akademicheskoe izd-vo «Geo», 2017. S. 25-58.

18. Czekanowski J. „Coefficient of racial likeness" und „durchsehnittliche Differenz" // Anthropologischer Anzeiger. 1932. № 9. PP. 227-249.

19. Dice L.R. Measures of the amount of ecologic association between species // Ecology. 1945. Vol. 26, № 3. PP. 297-302.

21. Hammer O., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Palaeontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis // Palaeontologia Electronica. 2001. Vol. 4, № 1. PP. 1-9.

22. Yurtsev B.A. Flora Suntar-Khayata. L. : Nauka, 1968. 235 s.

23. Hill M.O. DECORANA - a FORTRAN Program for Detrended Correspondence Analysis and Reciprocal Averaging. Ithaca : Cornell University, 1979. 52 r.

24. Hill M.O., Gauch H.G. Detrended correspondence analysis: an improved ordination technique // Vegetatio. 1980. Vol. 42. PP. 47-58.

25. Novakovskii A.N. Metody ordinatsii v sovremennoi geobotanike // Vestnik Instituta biologii Komi NTs UrO RAN. 2008. № 10. S. 2-8.

26. Malinovskikh A.A., Kupriyanov A.N. Ekologicheskaya struktura flory garei i etapy ikh zarastaniya v ravninnykh sosnovykh lesakh Altaiskogo kraya // Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 2013. T. 20, № 5. S. 653-660.

27. Kobechinskaya V.G. Dinamika gorizontal'noi struktury poimennoi rastitel'nosti na zapovednykh territoriyakh Kryma // Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta im. V.I. Vernadskogo. Biologiya. Khimiya. 2016. T. 2(68), № 1. S. 63-78.

28. Egorova V.N. Vliyanie ekologo-antropogennykh faktorov na floristicheskii sostav poimennykh lugov Oki (Moskovskaya obl.) // Rastitel'nye resursy. 1981. T. 17, № 3. S. 257-263.

29. Furyaev V.V. Rol' pozharov v protsesse lesoobrazovaniya. Novosibirsk : Nauka, 1996. 251 s.

30. Malinovskii A.A., Kupriyanov A.N. Pirogennye suktsessii v ravninnykh sosnovykh lesakh yuzhnoi chasti Zapadnoi Sibiri. Novosibirsk : Izd-vo SO RAN, 2015. 208 s.

31. Sultangazina G.Zh., Kupriyanov A.N. Pirogennye suktsessii v sosnovykh lesakh Kokchetavskoi vozvyshennosti posle pozharov. Novosibirsk : Akademicheskoe izd-vo «Geo», 2017. 174 s.

32. Oparin M.L., Oparina O.S. Vliyanie palov na dinamiku stepnoi rastitel'nosti // Povolzhskii ekologicheskii zhurnal. 2003. № 2. S. 158-171.

33. Skol'zneva L.N., Nedosekina T.V. Vliyanie pozhara 2010 goda na sostoyanie redkikh vidov rastenii v urochishche Morozova gora // Redkie vidy gribov, rastenii i zhivotnykh Lipetskoi oblasti: Informatsionnyi sbornik materialov. Voronezh : Nauchnaya kniga, 2011. Vyp. 4. S. 144-150.

34. Opekunova M.G., Opekunov A.Yu., Papyan E.E., Somov V.V. Ispol'zovanie bioindikatsionnykh svoistv rastitel'nosti pri otsenke transformatsii landshaftov v raione razrabotki Sibaiskogo mednokolchedannogo mestorozhdeniya (Yuzhnyi Ural) // Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 2017. № 3. S. 350-366. doi: 10.15372/SEJ20170312

Изменение флористического состава растительных сообществ караканского хребта вблизи угольных разрезов

Аннотация

Change in the vegetation of the Karakanskiy ridge near surface coal mines

Abstract

События

EasyCookieInfo