УДК 574.23:45
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ВИДОВ В УСЛОВИЯХ ЗОЛООТВАЛОВ
НА СРЕДНЕМ УРАЛЕ
© 2013 г. И. В. Калашникова, А. К. Махнев
Ботанический сад УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 е-шаП: iren.kalachnikova@gmail.com; afrmah@rambler.ru Поступила в редакцию 13.08.2012 г.
Изучены особенности формирования структуры корневой системы основных лесообразующих видов при естественном и искусственном возобновлении в условиях крупных золоотвалов ТЭС на Среднем Урале в целях оценки перспективы их использования при биологической (лесной) рекультивации золоотвалов.
Ключевые слова: Pinus sylvestris L., Larix sibirica Ledeb., Picea obovata Ledeb., Betulapendula Roth, B. pu-bescens Ehrh., золоотвал, структура корневой системы, экотоп.
Б01: 10.7868/80367059713050077
Россия, бывшая еще со времен Петра I великой мировой лесной державой, обладающей 2/3 мирового запаса особо ценных бореальных лесов, на рубеже XXI в. в результате некорректной лесо-хозяйственной политики практически утратила высокий лесной статус (Писаренко, Страхов, 2001), в связи с чем возникла необходимость решения на государственном уровне ряда неотложных проблем, связанных с восстановлением лесных ресурсов:
1. Сохранение генетических ресурсов и биоразнообразия главных лесообразующих видов.
2. Оперативная биологическая (в основном ле-сохозяйственная) рекультивация огромной территории нарушенных промышленностью земель в целях восстановления утраченных лесов.
На наш взгляд, для решения первой проблемы необходимо разработать и внедрить новые оригинальные методы сохранения генетических ресурсов лесообразующих пород, альтернативные существующим сегодня методам создания лесных генетических резерватов (Мамаев и др., 1984) или лесных заповедных участков (Рысин, Савельева, 1983). Таким альтернативным подходом может стать создание культурдендрогенрезерватов (Мах-нев, Махнева, 2010). Однако всестороннее обоснование эффективности данного метода возможно только на основе тщательного изучения эколого-биологических свойств лесообразующих видов при создании культур в условиях разных типов нарушенных земель. Одной из наиболее важных за-
дач при рекультивации крупных золоотвалов ТЭС является исследование структуры корневой системы древесных растений, произрастающих на каменноугольной золе (Махнев и др., 2002).
Цель нашего исследования — изучение особенностей архитектоники и структуры корневых систем древесных пород в условиях разных эда-фотопов, формирующихся на отработанных зо-лоотвалах ТЭС, и оценка целесообразности их использования при создании культурдендроген-резерватов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследования структуры корневых систем ле-сообразующих видов, произрастающих в посадках или естественно возобновившихся на золоот-валах: №1 Рефтинской ГРЭС (РГРЭС) и в сравнительном плане — Верхнетагильской ГРЭС (ВТГРЭС) (по литературным данным), проводили в следующих экотопах:
1. Исходный экотоп — естественное возобновление растительности на "чистой" золе на золо-отвалах ВТГРЭС и РГРЭС.
2. Участки золоотвала РГРЭС с нанесенным на поверхность золы почвогрунтом разной толщины (0.25—0.60 м) с последующей механизированной многорядной посадкой Pinus sylvestris L. и ручной посадкой 2—3-летних сеянцев Pinus sylvestris L., Picea obovata Ledeb., Larix sibirica Ledeb., Betula
339
2*
pendula Roth, Betulapubescens Ehrh. (Махнев и др., 2002).
3. Контроль — естественные и искусственные насаждения на вырубках.
Материал, используемый в статье, получен в ходе многолетних работ по исследованию роста древесных видов в условиях крупных золоотва-лов. Структуру корневых систем лесообразующих пород изучали методом "скелета" с дополнениями (Колесников, 1972; Калашникова, 2008): полная и сегментативная раскопка корневой системы с определением биометрических и весовых показателей. Объем выборки составляет 131 дерево, возрастной диапазон которых варьирует от 8 до 14 лет. Достоверность различий определяли по критерию Манна—Уитни.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Золошлаковые отходы (ЗШО) представляют собой твердый продукт термохимических и фазовых превращений неорганических компонентов топлива, на 75% слагаемый фракциями песка и пыли (зола), а также крупными частицами шлака. По химическому составу ЗШО до 90% представлены алюмосиликатами (SiO2 и Al2O3). Преобладание в составе золошлаков пылевых и мелких фракций и низкое содержание MgO и CaO (не более 3—5%) определяет рыхлость зольного субстрата и процессы дефляции с поверхности золоотва-ла. Золы углей характеризуются повышенным количеством микроэлементов. Золошлаки РГРЭС и ВТГРЭС нетоксичны, практически не содержат азот (0.5 мг/100г) и органическое вещество, отличаются низким содержанием калия (3.4—7.0 мг/100 г) и высоким количеством фосфора (16.7— 23.5 мг/100 г) (Махнев и др., 2002). Специфика ЗШО ТЭС заключается в щелочной реакции среды (рН от 8.5 до 9.6), слабой теплопроводности в сочетании с резкими суточными колебаниями температуры субстрата на поверхности и глубине, высокой водо- и воздухопроницаемости. Сложность гидрологического режима золоотвала обусловлена сильным перегревом и пересыханием поверхностного слоя отвала и образованием на определенной глубине водоупорных слоев (Внуков, 1997; Махнев и др., 2002).
Известно, что структура и архитектоника корневых систем древесных видов изменяются с возрастом, прямо и опосредованно определяются эдафическими условиями почв и грунтов в пределах нормы реакции видов в зависимости от их эколого-биологических свойств (Рахтеенко, 1963; Калинин, 1991; Масюк, 2009).
Pinus sylvestris L. является светолюбивым видом, относится к олиготрофам и ксерофитам. В оптимальных условиях на свежих и хорошо дренированных почвах сосна формирует мощную
корневую систему с выраженным стержневым корнем и многочисленными якорными корнями (Погребняк, 1968) с поверхностно-стержне-якор-ным типом строения (Красильников, 1970).
Larixsibirica Ledeb. отличается высокой экологической пластичностью, светолюбием и быстротой роста, очень морозо- и холодоустойчива, относится к мезофитам и мезотрофам. В оптимальных условиях данный вид обладает мощной корневой системой, состоящей из крепкого стержневого корня и многочисленных горизонтальных и косо-вертикальных разветвлений, что обеспечивает глубокое укоренение (Погребняк, 1968; Колесников, 1974).
Picea obovata Ledeb. наиболее теневынослива из рассматриваемых древесных видов, является мезофитом и мезотрофом, предпочитает богатые питательными веществами, влажные и сырые местообитания с глубиной залегания грунтовых вод 1—2 м. Обладает типичной поверхностной слабо-разветвленной корневой системой, при этом главный корень не развивается, а образуются "якорные корни", крупные и длинные, отстоящие недалеко от ствола, или сравнительно мелкие, но многочисленные и размещенные на большой площади (Погребняк, 1968).
Betula pendula Roth и B. pubescens Ehrh. отличаются быстрым ростом и способностью произрастать в широком диапазоне климатических и почвенных условий (Колесников, 1974). Первый вид более светолюбив, менее требователен к условиям почвенного увлажнения и плодородия (мезофит и олиготроф). B. pubescens относится к экологическим группам гигромезофитов и мезотрофов (Погребняк, 1968). Для обоих видов характерна сильная разветвленность корней в горизонтальном и вертикальном направлении (Колесников, 1974). Развитие стержневого корня с возрастом ослабевает, и основная роль в освоении почвенного профиля переходит к вертикальным и косо-вертикальным корням (Погребняк, 1968).
При изменении эдафических условий все исследуемые древесные виды способны в определенных пределах к трансформации формы и степени развития корневой системы, характера ее пространственного размещения, структуры фи-томассы, образованию придаточных корней (Погребняк, 1968; Красильников, 1970).
В связи с отмеченными выше негативными для растений свойствами зольного субстрата у корневой системы лесообразующих видов, произрастающих в условиях золоотвалов, рядом исследователей отмечены некоторые особенности. В частности, Pinus sylvestris уже в возрасте 10 лет на золоотвале ВТГРЭС формирует довольно мощную корневую систему поверхностно-стерж-не-якорного типа с четко выраженным стержневым корнем и менее выраженными якорными
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ
341
корнями, которые сильнее развиваются в более старшем возрасте. Показано, что якорные корни P. sylvestris представляют собой вертикальные, слабо ветвящиеся корешки толщиной 3—5 мм, отходящие от горизонтальных поверхностных корней, которые в количестве 5—10 шт. располагаются преимущественно в слое 0.15—0.35 м от поверхности, достигая максимальной длины 1.55 м (Внуков, 1997). Деревья P. sylvestris, произрастающие на "чистой" золе, характеризуются наибольшей долей корневой системы, которая составляет 35— 46% от общей фитомассы дерева (Внуков, 1999).
В 10-12-летних посадках, созданных на золо-отвале РГРЭС, Pinus sylvestris также формирует корневую систему поверхностно-стержне-якор-ного типа независимо от толщины нанесенного на золу почвогрунта. При этом основная масса корней (до 80%) располагается в слое почвогрун-тов, а якорные и стержневые корни углубляются в золу до водоупорного слоя (на глубину 1.5—2.0 м). На тяжелосуглинистых насыпных почвогрунтах у P. sylvestris наблюдалось уменьшение числа скелетных корней 1-го порядка (с 7—10 до 3—5), сокращение их длины, диаметра и зоны размещения, а количество мелких сосущих корней, напротив, увеличилось (Внуков, 1997; Махнев и др., 2005).
Корневая система у Larix sibirica, культивируемой на золоотвале, в 8-летнем возрасте отличается своеобразной стержне-мочковатой формой со слабо развитыми поверхностными корнями. При этом максимальная глубина проникновения стержневого корня не превышает 1.52 м (Внуков, 1997). По нашим данным (Махнев и др., 2005), в 12-летнем возрасте корневые системы лесообра-зующих видов, в том числе L. sibirica, достигают водоупорного слоя (1.5—2.0 м). Кроме того, L. sibirica формировала в 2.5 раза большую по массе корневую систему по сравнению с одновозраст-ной Pinus
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.