XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение. Сукцессии представляют собой последовательный процесс смены сообществ, в основе которого лежит неполнота биологического оборота, возникающая из-за каких-либо нарушений, вызванных внешними или внутренними факторами. Сукцессии могутиметь как восстановительный, так и дигрессивный характер.

Техногенными сукцессиями называют такие сукцессионные смены, которые происходят на территориях, нарушенных после определенного рода человеческой деятельности, связанной в первую очередь, с определенными производствами. Такие сукцессии сопровождаются уничтожением каких-либо структурных элементов (почвенные сапрофаги, лесное разнотравье), снижением биоразнообразия, последнее приводит к появлению пробелов в трофических цепях, нарушению баланса между продукционными и деструкционными процессами [1].

Актуальность теме придает экологическая повестка дня. На данный момент в мире идет активная экологизация политики, которая касается практически всех сфер жизни, будь то какое-либо производство или быт. При работе любого горно-обогатительного производства наблюдаются различные нарушения экосистем. При добыче природных алмазов наблюдается массовая деградация флоры и фауны, ландшафта, а также накопление большого количества отходов производства [2]. При этом от растительности освобождаются большие площади под хранение вскрышной (пустой) породы [3]. Нарушенные площади, в свою очередь, являются источником пылевого загрязнения окружающих территорий. Кроме того, значительное воздействие испытывают и территории вокруг предприятий.

Целью данной работы является изучение сукцессионной динамики лесных сообществ в окрестностях месторождения алмазов имени М.В. Ломоносова.

Месторождение алмазов им. М. В. Ломоносова находится в северной подзоне тайги (полосе притундровых лесов), биогеоценозы которой выполняют важнейшие климатозащитные и средообразующие функции. Преобладающие в ландшафте лесные и болотные экосистемы характеризуются высокой уязвимостью по отношению к антропогенному воздействию. Освоение месторождения сопровождается сведением лесов, нарушением литологической основы ландшафта, изменением гидрологического режима и всех составляющих водного и теплового баланса. В экосистемах происходят изменения видового разнообразия и интенсивности продукционных процессов. Важно отметить и то, что месторождение алмазов им. М.В. Ломоносова расположено в непосредственной близости от Соянского биологического заказника.

В соответствии с законом РФ «Об охране окружающей среды» [4], производственный экологический мониторинг является обязательным для любого предприятия, деятельность которого связана с воздействием на природную среду. На территории горно-обогатительного комбината(далее – ГОК) месторождения алмазов им. М. В. Ломоносоваорганизована сеть мониторинга компонентов окружающей природной среды, в том числе растительности и флоры. В период с 2005 г. по 2021 г. в пределах постоянных пунктов контроля проводятся ежегодные наблюдения за динамикой растительных сообществ сотрудниками и студентами кафедры ботаники и общей экологии, ныне – кафедры биологии, экологии и биотехнологии.

В рамках данного исследования были проанализированы результаты наблюдений в пределах трех пунктов контроля природной среды.

Результаты. В качестве объектов был сделан выбор в пользу сосняков лишайниковых, поскольку они занимают наибольшую площадь вблизи ГОКа. Эти сообщества формируются на подзолистых железистых почвах, подстилаемых выветренным доломитизированным тяжелым моренным суглинком.Все сосняки лишайниковые на территории исследований испытывают воздействие пирогенного фактора. Для анализа динамики сосняков были взяты описания трех пробных площадей 20х20 м²,расположенныхнаразном удалении отместорождения: ПП 1 – 0,5 км, ПП 2 – 2,5 км, ПП 3 – 3,5 км. В пределахпостоянных пробных площадей проводятся ежегодные наблюдения по изучению видовой и пространственной структуры фитоценозов по общепринятым в геоботанике методикам.

ПП1 расположена в сосняке кустарничково-зеленомошно-лишайниковом (тип леса – сосняк лишайниковый).Макрорельеф местности равнинный, при этом пробная площадь расположена в средней части пологого склона. Микрорельеф выражен слабо и представлен валежом и небольшими приствольными повышениями деревьев. Количество валежника за период наблюдений увеличилось почти в два раза и к настоящему времени составляет 150 шт./га. На стволах отмечены следы пожара. Возраст древостоя – около 110-120 лет.

Формула древостоя в 2005 г. – 8С2Б. В течение мониторинговых исследований доля сосны в составе древостоя возросла (формула древостоя в 2020 г. – 9С1Б) в результате перехода части растений из подроста в категорию деревьев. Средняя высота стволов сосны существенно не изменилась и варьирует 16,4-17,5 м, средний диаметр –18,9-20,6 см.Сомкнутость крон – 0,4.Подрост редкий, образован сосной, осиной и березой. В течение всего периода наблюдений его численность, средняя высота, жизненное состояние значительно варьировали. Так, формула подроста имела следующий вид: в 2005-2006 гг. – 50С47Ос3Б, в 2007-2009 гг. – 56С41Ос3Б, в 2010-2013 гг. – 57С30Ос13Б, 2014 г. – 52С44Ос4Б, в 2015-2016 гг. – 50С46Ос4Б, в 2017-2018 гг. – 53С42Ос5Б, в 2019-2020 гг.– 55С45Ос5Б. Подрост сосны преимущественно благонадежного и сомнительного, березы – благонадежного, осины – сомнительного и неблагонадежного жизненного состояния. Подобная динамика обусловлена периодическим семенным возобновлением и отмиранием самосева сосны, а также появлением систематическим осинового подроста, который также дольно быстро отмирает в связи с экстремальностью условий экотопа. Подлесок представлен только можжевельником обыкновенным (Juniperus communis) общей численностью в 2005-2018 гг. – 300 шт./га и в 2019-2020 гг. – 100 шт./га, что связано с его усыханием. Травяно-кустарничковый ярус выражен в сообществе слабо: его проективное покрытие в течение 2005-2020 гг. стабильно и не превышает 15-20%. Средняя высота яруса в разные годы наблюдений незначительно изменялась и варьировала от 12,5 см до 14,7 см, при этом статистически значимых различий при попарном сравнении двух лет не выявлено (Р=0.95). Однако следует отметить, что в последние пять лет намечается тенденция к увеличению средней высоты яруса (в 2020 г. – до 18,6 см), и эти различия статистически значимы в сравнении с периодом начала наблюдений. Ярус образован преимущественно кустарничками, среди которых преобладают Callunavulgarissp, Empetrumnigrumsp, Vacciniumvitis-idaeasp. Менееобильны, нопостоянныAntennaria dioica sol, Avenella flexuosa sol, Vaccinium myrtillus sol. Всего на пробной площади ведутся наблюдения за показателями обилия, жизненного состояния, фенофазы и средней высоты девяти видов сосудистых растений.Мохово-лишайниковый ярус в фитоценозе хорошо развит: его проективное покрытие в 2005-2011 гг. составило 85%, в 2015 г. оно сократилось до 75-78%, в 2016-2020 гг. – 75%, что связано с произошедшим в этот период нарушением живого напочвенного покрова. Средняя высота яруса статистически значимо сокращается и в 2020 г. составила 3,9 см (против 7,3 см в 2005 г.).В течение всех лет наблюденийколичество видов и видовой состав яруса оставались одинаковыми. В составе мохово-лишайникового яруса лишайники преобладают над зелеными мхами. Лишайники представлены 14 видами, основную фитоценотическую роль среди них во все годы наблюдений играют различные виды рода Cladonia, в особенной степени – C. stellaris.Среди зеленых мхов, представленных семью видами, доминирует Pleuroziumschreberi. Внеярусная биота представлена 14 видами лишайников. Наибольшее обилие на протяжении всех лет исследований характерно для Hypogymniaphysodes.Существенных изменений в видовом составе не выявлено, однако отмечено уменьшение обилия кустистых лишайников (виды родов Bryoria, Usnea).

ПП2 расположена в сосняке кустарничково-зеленомошно-лишайниковом (тип леса – сосняк лишайниковый).Макрорельеф местности равнинный, при этом пробная площадь расположена на вершине очень пологого склона. Микрорельеф выражен слабо и представлен валежом и небольшими приствольными повышениями деревьев. За период 2005-2020 гг. количество валежника сократилось почти в три раза (с 425 шт./га в 2005 г. до 125 шт./га в 2020 г.). В первые годы наблюдений в пределах пробной площади преобладал валежслабой степени разложения (70,6%), но к 2011 г. значительная его часть находилась на средней и сильной стадии разложения, валеж слабой стадии разложения отсутствовал. В 2017-2020 гг. преобладал валеж сильной стадии разложения (60%). Возраст древостоя – около 110-120 лет.

Формула древостоя – 10С+Е,Б. Средняя высота стволов сосны 17,3-18,0 м, средний диаметр – 15,8-18,1 см. Сомкнутость древостоя 0,5.В течение всего периода реализации мониторинговых исследований подрост представлен сосной, елью, березой и осиной.Его численность, средняя высота, жизненное состояние незначительно варьировали. Увеличение численности подроста былосвязано с успешным семенным возобновлением сосны. Численность подроста ели, березы и осины не изменялась на протяжении всех лет наблюдений. Жизненное состояние растений всех видов было преимущественно физиологически благонадежным.Подлесок на пробной площади отсутствует.Травяно-кустарничковый ярус выражен в сообществе слабо: его проективное покрытие в течение 2005-2020 гг. стабильно и не превышает 25%. Средняя высота яруса в разные годы наблюдений незначительно изменялась и варьировала от 17,9 см до 21,3 см, при этом статистически значимых различий при попарном сравнении двух лет не выявлено (Р=0.95). Ярус образован преимущественно кустарничками, среди которых преобладают Callunavulgariscop₂, Empetrumnigrumcop₁, Vacciniummyrtilluscop₁, V.vitis-idaeacop₁. Менее обилен, но постоянен Equisetumhyemalesol. Всего на пробной площади ведутся наблюдения за показателями обилия, жизненного состояния, фенофазы и средней высоты пяти видов сосудистых растений.Мохово-лишайниковый ярус равномерно покрывает поверхность почвы в сообществе. Его проективное покрытие в 2005-2014 гг. составляло 98%, с 2015 г. наблюдается тенденция незначительного уменьшения данного показателя (95-97%). Средняя высота яруса сокращается и в 2020 г. составила 3,3 см (против 5,9 см в 2005 г.), однако данные различия статистически незначимы. В течение всех лет наблюденийколичество видов и видовой состав яруса остаются стабильными. В составе мохово-лишайникового яруса лишайники преобладают над зелеными мхами. Лишайники представлены 12 видами, основную фитоценотическую роль среди них во все годы наблюдений играют различные виды рода Cladonia, в особенной степени – C. rangiferinaиC. stellaris. Среди зеленых мхов, представленных четырьмя видами, доминирует Pleuroziumschreberi. Внеярусная биота представлена 11 видами эпифитных лишайников, произрастающих на старых еловых ветвях, на стволе и ветвях сосны и березы. Доминирует в течение всего периода наблюдений Hypogymniaphysodes. Существенных изменений в видовом составе не выявлено, однако отмечено уменьшение обилия кустистых лишайников (виды родов Bryoria, Usnea).

ПП 3 расположена в сосняке кустарничково-зеленомошно-лишайниковом (тип леса – сосняк лишайниковый). Макрорельеф местности равнинный, пробная площадь расположена на вершине холма. Микрорельеф выражен слабо, представлен валежом и небольшими приствольными возвышениями деревьев. Количество валежника 50 шт./га (по 50% валежа сильной и средней степеней разложения). Возраст древостоя – около 140 лет.

В течение всего периода реализации мониторинговых исследований древостой представлен только сосной (Pinussylvestris). Формула древостоя – 10С. Древостой простой, общей численностью в 2014 г. 650 шт./га и в последний год наблюдений – 625 шт./га. Уменьшение общей численности древостоя связано с усыханием части старых сосен. Средняя высота стволов сосны 17,4-17,7 м, средний диаметр – 17,0-18,0 см. Сомкнутость древостоя 0,3. Подрост редкий, образован сосной, елью и березой. В течение всего периода наблюдений его численность, средняя высота, жизненное состояние значительно варьировали. Формула подроста: в 2005-2009 гг. – 90С5Е5Б, в 2010-2014 гг. – 80С16Б4Е,2015 г. – 69С24Б7Е, 2016 г. – 58С35Б7Е, в 2017 г. – 61С30Б9Е, в 2018 г. – 64С27Б9Е, в 2019-2020гг. – 67С24Б9Е. Подрост сосны преимущественно благонадежного и сомнительного, ели и березы – благонадежного жизненного состояния. В первые годы наблюдений в пределах пробной площади в составе подлеска были отмечены единичные побеги Sorbusaucuparia. С 2009 г. подлесок не отмечается. Травяно-кустарничковый ярус выражен в сообществе слабо: его проективное покрытие в течение 2005-2020 гг. стабильно и не превышает 20%. Средняя высота яруса в разные годы наблюдений незначительно изменялась и варьировала от 16,7 см до 20,5 см, при этом статистически значимых различий при попарном сравнении двух лет не выявлено (Р=0.95). Ярус образован преимущественно кустарничками, среди которых преобладают Callunavulgariscop₂, Vacciniumvitis-idaeasp. Менее обильны, но постоянны Avenella flexuosa sol,Rubussaxatilissol, Vacciniummyrtillussol. Всего на пробной площади ведутся наблюдения за показателями обилия, жизненного состояния, фенофазы и средней высоты 13 видов сосудистых растений, в том числе вида, занесенного в Красную книгу Архангельской области – Pulsatillapatens.Мохово-лишайниковый ярус в течение всего периода исследований выражен хорошо. В 2005-2020 гг. общее проективное покрытие мохово-лишайникового яруса стабильно и составило 93-95%. Средняя высота яруса существенно не меняется и в 2020 г. составила 6,4 см (против 6,6 см в 2005 г.). В течение всех лет наблюденийколичество видов и видовой состав яруса остаются стабильными. В составе мохово-лишайникового яруса лишайники преобладают над зелеными мхами. Лишайники представлены восемью видами, основную фитоценотическую роль среди них во все годы наблюдений играют различные виды рода Cladonia, в особенной степени – C. rangiferinaи C. sylvatica. Среди зеленых мхов, представленных семью видами, доминирует Pleuroziumschreberi. В составе внеярусной биоты отмечено 24 вида эпифитных лишайников и три вида мхов, Доминантами выступают Bryoriaimplexa и Hypogymniaphysodes, произрастающие на сосне. Существенных изменений в видовом составе и обилии не выявлено.

Выводы.Исследованные сосняки лишайниковые в окрестностях месторождения находятся на различных стадиях техногенной сукцессии. В фитоценозе, находящемся на незначительном удалении от ГОКа (ПП 1) в наибольшей степени выражены дигрессивные процессы: увеличение числа валежника, значительная динамика численности подроста, преобладание в подросте сомнительных и неблагонадежных экземпляров, выраженные флуктуации в травяно-кустарничковом ярусе, сокращение покрытия мохово-лишайникового яруса и уменьшение числа видов эпифитных кустистых лишайников. В сообществе, наиболее удаленном от ГОКа (ПП 3), изменения в составе и структуре отмечены, прежде всего, для древостоя и подроста.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Полная сукцессия [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ru-ecology.info/term/8834/ (дата обращения 22.12.2021) – Загл. с экрана.

2 Земцовская О.Н, Наквасина Е.Н. Разнообразие растительности при самозарастании отвалов на месторождении имени М.В. Ломоносова [Электронный ресурс] / О.Н. Земцовская, Е.Н. Наквасина // ArcticEnvironmentalResearch. – 2014. – № 3. – С. 71-78. – Электрон.журн. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/raznoobrazie-rastitelnosti-pri-samozarastanii-otvalov-na-mestorozhdenii-imeni-m-v-lomonosova (дата обращения: 23.11.2021). – Загл. с экрана.

3.Облицов А.Ю. Утилизация отходов обогащения алмазосодержащей породы с учетом специфики месторождения им М. В. Ломоносова [Электронный ресурс] / А.Ю. Облицов // Записки Горного института. 2011 – № 2. – С. 141-145. – Электрон.журн. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/utilizatsiya-othodov-obogascheniya-almazosoderzhaschey-porody-s-uchetom-spetsifiki-mestorozhdeniya-im-m-v-lomonosova (Дата обращения 23.11.2021) – Загл. с экрана.

4. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 N 7-ФЗ (последняя редакция). [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34823/f98b32f1f66aaef9b2b0c40af149b5aa72f32ff4/ (дата обращения 27.01.2022)