Структура живого напочвенного покрова в сосняках на участках рекультивации Кузбасса

Статья в Elpub

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018; : 36-58

Структура живого напочвенного покрова в сосняках на участках рекультивации Кузбасса

Уфимцев В. И., Стрельникова Т. О., Куприянов О. А.

Аннотация

Изложены материалы исследований влияния сомкнутости крон насаждений сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на состояние растительного покрова рекультивированных отвалов вскрышных пород угольной промышленности. Определен зональный характер формирования травянистого яруса. Установлено, что во всех группах насаждений ведущими семействами выступают Asteraceae, Fabaceae, Rosaceae, Poaceae. В рединах по количеству видов доминируют эколого-ценотические группы растений с существенной долей рудерального компонента, в высокосомкнутых преобладают лесные виды. В среднегорной тайге формирование травянистого яруса происходит по лесному типу во всех градациях сомкутости крон. Проективное покрытие имеет высокую корреляцию с плотностью лесного полога - при сомкнутости крон 90% формируются мертвопокровные насаждения. Во всех зонах велико участие мохового покрова, который имеет приуроченность к прикроновым пространствам.

Список литературы

1. Беляева Н.В., Пакконен Н.А. Структура живого напочвенного покрова после добровольно-выборочных и равномерно-постепенных рубок // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2010. № 26. С. 3-10.

2. Манаков Ю.А. Парциальные флоры техногенных экотопов Кузбасса // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 9 (103). С. 104-109.

3. Лебедева В.Х., Тиходеева М.Ю., Ипатов В.С. Оценка влияния деревьев на виды травяно-кустарничкового и мохового ярусов в сосняке чернично-зеленомошном // Ботанический журнал. 2006. Т. 91, № 2. С. 176-192.

4. Журавлева Е.Н., Ипатов В.С., Лебедева В.Х., Тиходеева М.Ю. Изменение растительности на лугах под влиянием сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета. 2012. Серия 3, Биология. Вып. 2. С. 3-12.

5. Gorelov A.M. The role of phytogenous field in the formation of woody plants space structure// Modern Phytomorphology. 2012. № 1. P. 137-141.

6. Трещевская Э.И., Андрющенко П.Ф., Боев В.Е., Дюков А.Н., Панков Я.В. Роль сосны обыкновенной при лесной рекультивации нарушенных земель // Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования : материалы науч. конф. Воронеж, 1993. С. 106-108.

7. Чибрик Т.С., Лукина Н.В., Филимонова Е.И., Глазырина М.А. Структура и динамика лесных фитоценозов на нарушенных промышленностью землях // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 1-5. С. 14031406.

8. Wade G.L. Grass competition and establishment of native species from forest soil seed banks // Landscape and Urban Planning. 1989. № 17. P. 135-149.

9. Skousen J., Zipper C., Burger J., Barton Ch., Angel P. Selecting materials for mine soil construction when establishing forests on Appalachian mine sites // Forest Reclamation Advisory. 2011. № 8. P. 1-8.

10. Залесов С.В., Оплетаев А.С., Терин А.А. Формирование искусственных насаждений сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на рекультивированном золоотвале // Аграрный вестник Урала. 2016. № 150 (8). С. 15-23.

11. Burger J.A. Reforestation Guidelines for Unused Surface Mined Lands in the Eastern United States // Virginia Cooperative Extension. 2011. PR 460-144.

12. Панков Я.В., Гончаров А.Б., Голядкина И.В., Чуев С.А. Биологическое разнообразие как основа лесной рекультивации нарушенных ландшафтов // Биологическое разнообразие как основа существования и функционирования естественных и искусственных экосистем. М., 2015. С. 108-113.

13. Костина Е.Э. Формирование живого напочвенного покрова на отвалах пустой породы Костомукшского горнообогатительного комбината (Республика Карелия) // Антропогенная трансформация природной среды. 2013. № 1. С. 105-109.

14. Седых В.Н. Техногенные леса на нарушенных землях Западной Сибири // Сибирский лесной журнал. 2016. № 2. С. 43-50.

15. Уфимцев В.И. Современное состояние и основные проблемы лесной рекультивации в Кузбассе // Известия Иркутского государственного университета. 2013. № 3. С. 63-69.

16. Экологическая карта Кемеровской области. Масштаб 1:500 000. М. : Федеральная служба геодезии и картографии России, 1995.

17. Курачев В.М., Андроханов В.А. Классификация почв техногенных ландшафтов // Сибирский экологический журнал. 2002. № 3. С. 255-261.

18. Полевая геоботаника / ред. Е.М. Лавренко, А.А. Корчагин. М., Л., 1976. Т. 5. 320 с.

19. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Русское издание. СПб. : Мир и семья, 1995. 992 c.

20. Игнатов М.С., Афонина О.М., Игнатова Е.А. и др. Список мхов Восточной Европы и Северной Азии // Arctoa. 2006. Т. 15. С. 1-130.

21. Двораковский М.С. Экология растений. М. : Высшая школа, 1983. 190 с.

22. Миркин Б.М., Розенберг Г.С. Фитоценология. Принципы и методы. М. : Наука, 1978. 212 с.

23. Ковылина О.П., Ковылин Н.В., Сухенко Н.В. Развитие травянистой растительности в полезащитных полосах разного породного состава в условиях Ширинской степи Хакасии // Сибирский экологический журнал. 2009. № 5. С. 673-680.

24. Стрельникова Т.О., Манаков Ю.А. Особенности флоры отвалов угольных разрезов Кемеровской области // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2010. № 2 (10). С. 44-57.

25. Зверев А.А. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова: учеб. пособие. Томск : ТМЛ-Пресс, 2007. 304 c.

26. Hammer 0., Harper D.A. T., Ryan P.D. PAST: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica 4 (1). URL: http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/issue1_01.htm (дата обращения: 10.12.2016).

27. Титлянова А.А., Базилевич Н.И., Снытко В.А., Дубынина С.С., Копотева Т.А., Магомедова Л.Н., Миронычева-Токарева Н.П., Нефедьева Л.Г., Семенюк Н.В., Тишков А.А., Ти Т., Хакимзянова Ф.И., Шатохина Н.Г., Шмакова Е.И. Биологическая продуктивность травяных экосистем. Географические закономерности и экологические особенности. Новосибирск : Наука, 1988. 134 с.

28. Манаков Ю.А., Стрельникова Т.О., Куприянов А.Н. Формирование растительного покрова в техногенных ландшафтах Кузбасса. Новосибирск : Изд-во Сибирского отделения Российской академии наук, 2011. 167 с.

29. Ufimtsev V.I., Belanov I.P., Kupriyanov O.A. Ecological-cenotic role of phytogenous fields of Scots pine on coal dumps // Contemporary Problems of Ecology. 2016. Vol. 9, is. 1. PP. 140-149. doi: 10.15372/SEJ20160116

30. Ковалева Н.М., Жила С.В., Иванова Г.А. Формирование живого напочвенного покрова на начальной стадии пирогенной сукцессии в сосняках Нижнего Приангарья // Хвойные бореальной зоны. 2012. № 3-4. С. 265-269.

31. Куприянов А.Н., Заблоцкий В.И., Хрусталева И.А., Стрелковский А.Н. Типы леса и лесорастительные условия юго-западной части ленточных боров // Ботанические исследования Сибири и Казахстана. 2004. № 10. С. 3-11.

32. Комарова Т.А. Изменение синузиальной структуры кустарничково-травяного яруса в ходе послепожарных сукцессий // Ботанический журнал. 1993. Т. 78, № 6. С. 86-95.

33. Бойко М.Ф. Мохообразные начальных стадий первичных сукцессий на субстратах антропогенного происхождения // Экология. 1991. № 2. С. 21-25.

34. Беляева Н.В., Грязькин А.В., Нгуен Т.Т.Х. Видовое разнообразие живого напочвенного покрова и подлеска на парцеллярном уровне // Научное обозрение. 2013. № 5. С. 13-19.

Tomsk State University Journal of Biology. 2018; : 36-58

Structure of the living ground cover in pine forests on dumps of Kuzbass

Ufimtsev V. I., Strelnikova T. O., Kupriyanov O. A.

Abstract

Revegetation of extensive damaged lands is a serious problem for areas of the Kuznetsk coal basin (Western Siberia). We considered the features of the living ground cover formation in pine plantings in the areas of mine dumps restoration. We conducted studies in 4 ecological and geographic zones: mid-mountain taiga, southern forest-steppe, northern forest-steppe and central steppe (here, the zones are presented according to the level of hydrothermic coefficient reduction). The aim of the research was to study the structure of the lower vegetative layer of age class II in pine stands growing on coal industry dumps. The even-aged homotypical pine stands, category I of the general vital state and bonitet classes I-II, were the objects of the research. Tests in 5-fold frequency were carried out; in four variants of crown closure, from 30 to 90%, with a step of 20% (See Table 1). We analyzed such parameters as taxonomic structure and projective cover of grass layer and moss layer, ecological and ecological and cenotic structures, and the weight of the living ground mass. Accumulation and data processing of field studies (2014-2015) were carried out by means of application programs IBIS and PAST. 95 species, 77 genera and 28 families of higher vascular plants make the taxonomic wealth of the studied territory. There are 89 angiospermous species, 4 gymnospermous species and 2 species of vascular cryptogam plants among them (See Table 2). The variants of the mid-mountain taiga ecological and geographic region are leading in the absolute number of species (58), exceeding other regions in this factor 1.5 times. The analysis of taxonomic structure shows that plant associations of pine plantings are in a dynamic status. A strong Asteraceae predominance (25% of species composition), the growth of Fabaceae rank, and the lowering of Poaceae rank (in comparison with natural meadow and forest communities) indicate this. Fabaceae predominance can be a feature of mesophytization of ecotops at restoration sections (in comparison with open spaces of dumps). The differences in floristic composition of plantings are a consequence of zonal features (See Fig. 1). In general, the low measure of similarity between variants demonstrates predominance of the randomness factor in case of the settlement of grass types, a dynamic status of phytocenoses of pine plantings, and the initial stage of their evolution. There are 3 groups in the ecological structure which reflect the relation of species to moistening: xerophytes, mesoxerophytes, and mesophytes (See Fig. 2). Specific zonal features of species composition of the studied regions show the data of ecological and cenotic analysis (See Fig. 3 and 4), however unification of the appearance of grass stands occurs due to a high role of ruderal species, especially in little closed stands (crown closure is 30-50%). The important quantitative feature of the living ground cover which reflects the impact of an edificator plant is the size of living above-ground phytomass. On the whole, this characteristic repeats the dynamics of the total projective cover. The crown closure has a much stronger influence on the size of the above-ground phytomass than the ecological and geographic location of the research area (See Table 3). The essential role in composing the living ground cover of plantings belongs to moss communities. In total, 7 species are found under the cover of plantings, Ceratodon purpureus is the most widespread cosmopolitan species. Formation of the living ground cover of pine plantings on coal industry dumps is influenced by zonal features. The factor of vegetative environment plays a predominant role in the formation of the structure and species composition. The crown closure of plantings defines quantitative characteristics: projective cover and phytomass. The рдрег contains 3 Тдbles, 4 Figores дrd 34 References.

References

1. Belyaeva N.V., Pakkonen N.A. Struktura zhivogo napochvennogo pokrova posle dobrovol'no-vyborochnykh i ravnomerno-postepennykh rubok // Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa. 2010. № 26. S. 3-10.

2. Manakov Yu.A. Partsial'nye flory tekhnogennykh ekotopov Kuzbassa // Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2009. № 9 (103). S. 104-109.

3. Lebedeva V.Kh., Tikhodeeva M.Yu., Ipatov V.S. Otsenka vliyaniya derev'ev na vidy travyano-kustarnichkovogo i mokhovogo yarusov v sosnyake chernichno-zelenomoshnom // Botanicheskii zhurnal. 2006. T. 91, № 2. S. 176-192.

4. Zhuravleva E.N., Ipatov V.S., Lebedeva V.Kh., Tikhodeeva M.Yu. Izmenenie rastitel'nosti na lugakh pod vliyaniem sosny obyknovennoi (Pinus sylvestris L.) // Vestnik Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2012. Seriya 3, Biologiya. Vyp. 2. S. 3-12.

5. Gorelov A.M. The role of phytogenous field in the formation of woody plants space structure// Modern Phytomorphology. 2012. № 1. P. 137-141.

6. Treshchevskaya E.I., Andryushchenko P.F., Boev V.E., Dyukov A.N., Pankov Ya.V. Rol' sosny obyknovennoi pri lesnoi rekul'tivatsii narushennykh zemel' // Sosnovye lesa Rossii v sisteme mnogotselevogo lesopol'zovaniya : materialy nauch. konf. Voronezh, 1993. S. 106-108.

7. Chibrik T.S., Lukina N.V., Filimonova E.I., Glazyrina M.A. Struktura i dinamika lesnykh fitotsenozov na narushennykh promyshlennost'yu zemlyakh // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2012. T. 14, № 1-5. S. 14031406.

8. Wade G.L. Grass competition and establishment of native species from forest soil seed banks // Landscape and Urban Planning. 1989. № 17. P. 135-149.

10. Zalesov S.V., Opletaev A.S., Terin A.A. Formirovanie iskusstvennykh nasazhdenii sosny obyknovennoi (Pinus sylvestris L.) na rekul'tivirovannom zolootvale // Agrarnyi vestnik Urala. 2016. № 150 (8). S. 15-23.

11. Burger J.A. Reforestation Guidelines for Unused Surface Mined Lands in the Eastern United States // Virginia Cooperative Extension. 2011. PR 460-144.

12. Pankov Ya.V., Goncharov A.B., Golyadkina I.V., Chuev S.A. Biologicheskoe raznoobrazie kak osnova lesnoi rekul'tivatsii narushennykh landshaftov // Biologicheskoe raznoobrazie kak osnova sushchestvovaniya i funktsionirovaniya estestvennykh i iskusstvennykh ekosistem. M., 2015. S. 108-113.

13. Kostina E.E. Formirovanie zhivogo napochvennogo pokrova na otvalakh pustoi porody Kostomukshskogo gornoobogatitel'nogo kombinata (Respublika Kareliya) // Antropogennaya transformatsiya prirodnoi sredy. 2013. № 1. S. 105-109.

14. Sedykh V.N. Tekhnogennye lesa na narushennykh zemlyakh Zapadnoi Sibiri // Sibirskii lesnoi zhurnal. 2016. № 2. S. 43-50.

15. Ufimtsev V.I. Sovremennoe sostoyanie i osnovnye problemy lesnoi rekul'tivatsii v Kuzbasse // Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. 2013. № 3. S. 63-69.

16. Ekologicheskaya karta Kemerovskoi oblasti. Masshtab 1:500 000. M. : Federal'naya sluzhba geodezii i kartografii Rossii, 1995.

17. Kurachev V.M., Androkhanov V.A. Klassifikatsiya pochv tekhnogennykh landshaftov // Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 2002. № 3. S. 255-261.

18. Polevaya geobotanika / red. E.M. Lavrenko, A.A. Korchagin. M., L., 1976. T. 5. 320 s.

19. Cherepanov S.K. Sosudistye rasteniya Rossii i sopredel'nykh gosudarstv (v predelakh byvshego SSSR). Russkoe izdanie. SPb. : Mir i sem'ya, 1995. 992 c.

20. Ignatov M.S., Afonina O.M., Ignatova E.A. i dr. Spisok mkhov Vostochnoi Evropy i Severnoi Azii // Arctoa. 2006. T. 15. S. 1-130.

21. Dvorakovskii M.S. Ekologiya rastenii. M. : Vysshaya shkola, 1983. 190 s.

22. Mirkin B.M., Rozenberg G.S. Fitotsenologiya. Printsipy i metody. M. : Nauka, 1978. 212 s.

23. Kovylina O.P., Kovylin N.V., Sukhenko N.V. Razvitie travyanistoi rastitel'nosti v polezashchitnykh polosakh raznogo porodnogo sostava v usloviyakh Shirinskoi stepi Khakasii // Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 2009. № 5. S. 673-680.

24. Strel'nikova T.O., Manakov Yu.A. Osobennosti flory otvalov ugol'nykh razrezov Kemerovskoi oblasti // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. 2010. № 2 (10). S. 44-57.

25. Zverev A.A. Informatsionnye tekhnologii v issledovaniyakh rastitel'nogo pokrova: ucheb. posobie. Tomsk : TML-Press, 2007. 304 c.

27. Titlyanova A.A., Bazilevich N.I., Snytko V.A., Dubynina S.S., Kopoteva T.A., Magomedova L.N., Mironycheva-Tokareva N.P., Nefed'eva L.G., Semenyuk N.V., Tishkov A.A., Ti T., Khakimzyanova F.I., Shatokhina N.G., Shmakova E.I. Biologicheskaya produktivnost' travyanykh ekosistem. Geograficheskie zakonomernosti i ekologicheskie osobennosti. Novosibirsk : Nauka, 1988. 134 s.

28. Manakov Yu.A., Strel'nikova T.O., Kupriyanov A.N. Formirovanie rastitel'nogo pokrova v tekhnogennykh landshaftakh Kuzbassa. Novosibirsk : Izd-vo Sibirskogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk, 2011. 167 s.

30. Kovaleva N.M., Zhila S.V., Ivanova G.A. Formirovanie zhivogo napochvennogo pokrova na nachal'noi stadii pirogennoi suktsessii v sosnyakakh Nizhnego Priangar'ya // Khvoinye boreal'noi zony. 2012. № 3-4. S. 265-269.

31. Kupriyanov A.N., Zablotskii V.I., Khrustaleva I.A., Strelkovskii A.N. Tipy lesa i lesorastitel'nye usloviya yugo-zapadnoi chasti lentochnykh borov // Botanicheskie issledovaniya Sibiri i Kazakhstana. 2004. № 10. S. 3-11.

32. Komarova T.A. Izmenenie sinuzial'noi struktury kustarnichkovo-travyanogo yarusa v khode poslepozharnykh suktsessii // Botanicheskii zhurnal. 1993. T. 78, № 6. S. 86-95.

33. Boiko M.F. Mokhoobraznye nachal'nykh stadii pervichnykh suktsessii na substratakh antropogennogo proiskhozhdeniya // Ekologiya. 1991. № 2. S. 21-25.

34. Belyaeva N.V., Gryaz'kin A.V., Nguen T.T.Kh. Vidovoe raznoobrazie zhivogo napochvennogo pokrova i podleska na partsellyarnom urovne // Nauchnoe obozrenie. 2013. № 5. S. 13-19.