ЭКОЛОГИЯ, 2007, № 1, с. 18-23
УДК 504.53.062+504.73.0.62
ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЗОНЫ СОЛЕОТВАЛОВ И АДАПТАЦИЯ К НИМ РАСТЕНИЙ
© 2007 г. О. 3. Ерёмченко, О. А. Дымарь
Пермский государственный университет 614990 Пермь, ул. Букирева, 15
E-mail: eremch@psu.ru Поступила в редакцию 06.02.2006 г.
Техногенные поверхностные образования, сформированные у солеотвалов, подвержены засолению хлоридами натрия. Синантропные представители местной флоры, адаптировавшиеся к засолению, характеризуются повышенным содержанием засоляющих ионов, перераспределением хлоридов с преимущественным накоплением в надземных органах, существенной избирательностью поглощения в отношении ионов натрия, хлора, калия и снижением активности ионов водорода в клетках.
Ключевые слова: техногенные поверхностные образования, техногенное засоление, синантропная растительность, солеустойчивость.
На современном этапе развития биосферы антропогенное воздействие наряду с природными факторами становится регулятором продуктивности и разнообразия живых организмов. На техногенных территориях живые организмы проходят жесткий отбор на синантропизацию - выживание в трансформированной и деградированной человеком среде обитания. Эволюционно сложившиеся механизмы толерантности растений испытываются на эффективность в условиях загрязненности тяжелыми металлами, углеводородами и другими техногенными веществами. В условиях таежно-лесной зоны Пермской области специфическим загрязнителем становится засоление, которое, как известно, сопровождает нефтедобычу, проявляется у дорог в связи с применением антигололедных средств, связано с производством минеральных удобрений и т.д. Виды местной флоры проходят отбор на солеустойчивость - выживание в среде с высокой концентрацией солей. По классическим представлениям воздействие засоления на растение связано с повышенным осмотическим давлением почвенного раствора, затрудняющего поступление воды, и токсичностью ионов, накапливающихся в клетках растения (Строгонов, 1973; Удовенко, 1977; Палладина, 1999; и др.). В основе солеустойчиво-сти растений прежде всего лежат механизмы осморегуляции и избирательного поглощения ионов растениями.
На Верхнекамском месторождении солей ведется добыча минерального сырья для получения калийных удобрений, магниевого производства, технической и пищевой соли. Солевые отвалы
ежегодно занимают более 20-25 га. Основной компонент отходов - галит: NaCl 90.55-94.54 %, KCl 3.2-7.34 %, MgCl2 0.07-0.08 %, CaSO4 1.341.48 %. Возле солеотвалов произрастают травяные растения, адаптировавшиеся к засоленной среде.
Цель нашей работы - исследование трансформации почвенно-растительного покрова в зоне воздействия солевых отходов производства Соли-камско-Березниковского экономического района, а также изучение солевого обмена представителей местной флоры в условиях техногенного засоления.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводили в течение 2001-2005 гг. возле трех солеотвалов в городах Соликамске и Березники Пермской области. При организации площадок для складирования отходов производили выравнивание поверхности, отсыпку водоотводных ложбин, перемешивание грунтов, в результате чего были уничтожены природные почвы, и на поверхности сформировались техногенные поверхностные образования (ТПО), выполняющие функции почв. Содержание водорастворимых солей в ТПО изучали методом водной вытяжки с определением натрия и калия на пламенном фотометре, S O4 вычислен по разности сумм катионов и анионов, сумма солей - рассчитанная. Обменный натрий определен по В.А. Молодцову и В.П. Игнатовой, рН - потенциометрически, подвижные фосфор и калий - по А.Т. Кирсанову. За период 2001-2005 гг. показатели засоленности
ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЗОНЫ СОЛЕОТВАЛОВ Таблица 1. Показатели засоленности и щелочности корнеобитаемых слоев ТПО
Показатели Диапазон изменений Среднее Ошибка
в радиусе 1-5 м в радиусе 5-100 м среднего
Абралиты и литостраты супесчаного состава
рН вод 6.9-8.2 6.7-8.3 7.6 0.05
Общая щелочность, мг-экв/100 г 0.26-1.66 0.17-0.72 0.45 0.04
С1- водорастворимый, мг-экв/100 г 0.29-1.68 0.14-0.34 0.27 0.03
Са2+ водорастворимый, мг-экв/100 г 0.47-6.26 0.11-2.05 0.90 0.23
Mg2+ водорастворимый, мг-экв/100 г 0.37-2.20 0.01-1.90 0.56 0.09
водорастворимый, мг-экв/100 г 0.73-2.97 0.05-0.76 0.29 0.09
К+ водорастворимый, мг-экв/100 г 0.13-0.72 0.11-0.44 0.26 0.02
, мг-экв/100 г 1.57-4.65 0.01-2.58 1.39 0.33
Сумма солей, % 0.31-0.65 0.04-0.30 0.15 0.02
обменный, мг-экв/100 г 2.61-15.56 0.61-5.36 4.94 1.22
Р2О5 подвижный, мг/100 г 0.28-2.03 0.25-1.80 0.86 0.17
Литостраты и абралиты суглинистого состава
рН вод 6.9-8.7 5.6-8.3 7.3 0.10
Общая щелочность, мг-экв/100 г 0-0.10 0-0.37 0.08 0.01
С1- водорастворимый, мг-экв/100 г 0.08-34.48 0.09-0.94 1.05 0.78
Са2+ водорастворимый, мг-экв/100 г 0.08-0.72 0.05-0.73 0.24 0.03
Mg2+ водорастворимый, мг-экв/100 г 0.10-0.18 0-1.80 0.25 0.05
водорастворимый, мг-экв/100 г 1.68-36.48 0.08-1.12 1.59 0.96
К+ водорастворимый, мг-экв/100 г 0.05-0.21 0.02-0.21 0.10 0.01
302-, мг-экв/100 г 0.67-3.08 0.02-1.09 0.59 0.10
Сумма солей, % 0.14-2.23 0.01-0.22 0.15 0.06
корнеобитаемых горизонтов определены в 50200 повторностях возле каждого солеотвала.
В пределах выделенных зон засоления ТПО методом ленточных транссект проводилось описание растительных группировок, в процессе которого учитывали видовой состав и обилие по шкале Браун-Бланке.
Для изучения солевого обмена в системе "почва-растение" растительные и почвенные образцы отбирали в 15-кратной повторности сопряженно: надземные органы, корни растения и почва до глубины 15 см. Количество засоляющих ионов в органах растений определяли в водной вытяжке, свободный хлор - меркуриметрическим методом, свободные ионы натрия и калия - на пламенном фотометре.
Материалы исследований обработаны с применением дисперсионного и регрессионного анализов и статистических методов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Все ТПО зоны солеотвалов были отнесены к группе натурфабрикатов (Классификация почв..., 2000), в их числе абралиты, представляющие вскрытый минеральный материал суглинистого или супесчаного состава, лишенный гумусирован-ного слоя, и литостраты - насыпные минеральные грунты на выровненной грунтовой площадке, созданной для солеотвала. Высоким и средним засолением характеризовались ТПО, находящиеся на расстоянии около 1-5 м от солеотвалов (табл. 1); ТПО, расположенные в радиусе нескольких десятков метров, были преимущественно не засолены, реже имели слабую и среднюю засоленность хлоридами натрия. Реакция почвенного раствора ТПО колебалась от нейтральной (рН 6) до щелочной (до рН 8.7).
При устройстве территории для солеотвалов растительность большей частью была уничтожена, и в настоящее время здесь сформировались со-
общества синантропных видов растений. Частью современного процесса синантропизации растительного покрова планеты является деградация растительных сообществ, которая сопровождается упрощением флористического состава и структуры, уменьшением разнообразия, нарушением стабильности, снижением продуктивности (Гор-чаковский, 1979; Абрамова, Миркин, 2000). Растительные сообщества, произрастающие на расстоянии 1-5 м от солеотвалов, характеризовались низкими проективным покрытием (10-30%) и видовым разнообразием (не более 10 видов). Доминировали Puccinellia distans, Lactuca tatarica, Lepi-dium latifolium, Chenopodium glaucum, кроме того, встречались злаки (Agropyron repens, Calamagros-tis epigeios), другие маревые (Atriplexpatula, A. сal-otheca), представители разнотравья (Leucanthe-mum vulgare, Artemisia vulgaris, Hieracium umbella-tum). Таким образом, к условиям техногенного засоления приспособились преимущественно си-нантропные, адвентивные растения. В данном регионе они произрастают у дорог, жилья, в посевах сельскохозяйственных растений (Овеснов, 1997). Некоторые из них характеризуются эффективными механизмами солеустойчивости, так как обитают в солонцовых и солончаковых экосистемах лесостепного Зауралья: Puccinellia distans, Lactuca tatarica, Chenopodium glaucum, Atriplex patula (Конспект флоры..., 1999).
Преобладающую часть площадок в зоне воздействия солеотвалов занимали рудеральные сообщества с преобладанием многолетних злаков (Calamagrostis epigeios, Bromopsis inermis, Agropy-ron repens, Phleum pratense, Anthoxanthum odora-tum) и элементами разнотравья (Lathyrus pratensis, Leucanthemum vulgare, Matricaria recutita, Melilotus albus, Trifolium repens, Rumex confertus, Hieracium umbellatum), представляющие предшествующую лугам стадию восстановительных сукцессий. Местами встречались сообщества с пониженным видовым разнообразием (около 20 видов) и преобладанием однолетних сорных видов (Chenopodium album, Ch. glaucum, Melilotus albus, M. qfficinalis, Polygonum 8р.,Matricaria recutita), ползучих и кор-неотпрысковых многолетников (Tussilago farfara, Agropyron repens, Cirsium arvense, Trifolium repens). Доминирование однолетних растений свидетельствует, по-видимому, о ранней стадии развития восстановительной сукцессии на техногенных территориях.
Некоторые показатели солевого обмена изучали у пяти видов растений: Puccinellia distans, Lactuca tatarica, Chenopodium glaucum, Polygonum 8р., Tussilago farfara. Три из них - L. tatarica, P. distans и Ch. glaucum, отличались повышенной соле-устойчивостью, поскольку характерны для сообществ, произрастающих в зоне 1-5 м от солеотвалов; P. sp. и T. farfara выносят менее засоленную почвенную среду. При отсутствии у растений эво-
люционно сложившихся механизмов солеустойчивости их адаптация, по-видимому, может идти за счет эффективных механизмов засухоустойчивости. В основе как солеустойчивости, так и засухоустойчивости лежит способность к осморегуля-ции, стабильность водного и осмотического потенциалов содержимого растительных клеток (Hare, Cress, 1998; Geerts et al., 1998; Patakas, Noit-sakis, 2000).
Установлено, что в корнеобитаемых слоях ТПО показатели ионно-солевого состояния характеризовались высокой изменчивостью (табл. 1). По содержанию хлоридов состояние поверхностных слоев клас
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.