Почвенный институт им. В.В. Докучаева
Антропогенная растительность территорий предприятий ОАО «Уралкалий» (Пермская область)
Е.А. Шишконакова
Аннотация
лишайник засоление почва антропогенный
Техногенное засоление ландшафтов таежной зоны в настоящее время является сложной и актуальной проблемой. Сбор материалов о характере и особенностях этого явления на различных технологических объектах позволяет выявить закономерности формирования растительности на почвах различного химизма засоления. Представлены результаты геоботанического обследования технологических объектов на территориях предприятий по производству калийных удобрений (Пермский край). Показано, что засоление галитовыми отходами приводит к замещению элементов естественной флоры на фоне формирования специфических группировок растительности с доминированием галофитов и рудеральных видов. Впервые для местообитаний на территории предприятия ОАО «Уралкалий» приводятся данные по мохообразным и лишайникам.
Ключевые слова: производство калийных удобрений, Пермский край, техногенное засоление почв, индикаторы засоления почв, галофиты.
Abstract
E.A. Shishkonakova
V.V. Dokuchaev Soil Science Institute
Anthropogenic vegetation in the area of the enterprise «Uralkaliy» (Perm region, Russia)
Technogenic salinization in landscapes of the taiga zone is currently a complicated and important problem. Collection of materials about the nature and characteristics of this phenomenon on various technological objects makes it possible to reveal regularities of the vegetation formation on soils of various salinization chemistry. The results of vegetation survey in the area of potash fertilizers production enterprise (Perm region) are presented. It is shown that the salinity causes substitution of native flora elements whereas specific plant communities with the dominance of halophytes and ruderal plants are formed. The data on bryophytes and lichens are provided for the first time for the territory of the enterprise «Uralkaliy».
Key words: potash fertilizers production, Perm region, technogenic salinization of soils, plant indicators of salinity, halophytes.
Основная часть
Техногенное воздействие на ландшафты таежной зоны России вызывает особенно глубокие их преобразования на территориях функционирования предприятий добывающей отрасли, поскольку помимо непосредственного загрязнения почвенно-растительного покрова и водоемов, оно связано также с масштабными трансформацией рельефа и почвообразующих пород, возникновением специфических антропогенных почв, трансзональными и локальными инвазиями растений.
Данная работа рассматривает изменение растительности в условиях одного из наиболее сильных и долговременных воздействий, связанного с добычей и переработкой хлоридосодержащей породы, используемой для получения калийных удобрений в Пермской области (на предприятиях ОАО «Уралкалий»). Прогрессирующий рост площади соленосных пород и почв создает на значительном пространстве эдафическую среду, совершенно не свойственную видам местной флоры, что, разумеется, сказывается на характере растительности. В литературе, однако, до сих пор отсутствуют систематизированные сведения о закономерностях преобразований растительности при различных формах засоления, а также приуроченности видов к многообразным объектам производственной инфраструктуры.
Прежде всего, определенное освещение получил ряд аспектов, характеризующих природу и размах геохимических процессов, протекающих на техногенно измененных участках. Во многих работах подчеркивается, что сухие галитовые отходы, состоящие из NaCl (94,6%), KCl (3,1%) и нерастворимого в воде остатка (2,3%) [Демидова, Лихарева, Лапшина, 2008] вместе с жидкими солеотходами обусловливают засоление почв, подземных и поверхностных вод [Шубин, 2005; Белкин, 2008; Бабошко, Бачурин, 2009; Хайрулина, 2015].
В частности, А.А. Шубиным обращалось внимание на возникновение оконтуривающих терриконы зон засоления, вытянутых в направлении движения рассольных вод, в то время как отстойники дождевых вод наряду с питающими их ручьями служат источниками загрязнения грунтовых вод [Шубин, 2005]. Вместе с тем, инфильтрация засоленных вод через тело солеотвалов приводит к формированию значительных по площади лито- и гидрохимических ореолов загрязнения, влекущих за собой, в свою очередь, как интенсификацию почвенной эрозии, так и угнетение растительного покрова [Демина, Стриженок, 2015]. Многообразие воздействий отложений солеотвала отмечено Е.А. Хайрулиной. Согласно приведенным ею данным, солеотвалы также являются источниками загрязнения атмосферы - ежегодно с терриконов сдувается около 3,6 млн т вещества [Хайрулина, 2009]. А.Ю. Бабошко и Б.А. Бачуриным указывалось на связь между высокой степенью хлоридного засоления гидросферы и сверхнормативными концентрациями тяжелых металлов, содержание которых особенно резко возрастает в шламохранилищах [Бабошко, Бачурин, 2015]. Согласно Е.А. Хайрулиной, важнейшим процессом на исследуемой территорий является техногенный галогенез, в ходе которого в районе воздействия солеотвалов, шламохранилищ и рассолосборников гидрокарбонатно-кальциевая фация поверхностных вод сменяется на хлоридно-натриевую [Хайрулина, 2009]. Соответственно, в долинах рек, примыкающих к территории предприятия и к местам выхода высокоминерализованных вод на поверхность, формируются очаги почвенного засоления.
Сведения о растительности, сформировавшейся на промышленных площадках предприятий ОАО «Уралкалий», носят фрагментарный характер. В последнее десятилетие были проведены исследования, посвященные изучению влияния засоления на бактерии, обитающие в ризосфере доминирующих, по наблюдениям авторов, в районе солеотвалов видов: Puccinellia distans (Jacq.) Parl. (бескильница расставленная), Chenopodium rubrum L. (марь красная) [Корсакова, Пьянкова, Назаров, 2013; Корсакова и др., 2014]. Специфика обмена веществ таких видов, как Melilotus officinalis (L.) Pall. (донник лекарственный), Taraxacum ostenfeldii Raunk. (одуванчик Остенфельда), Tussilago farfara L. (мать-и-мачеха) и Lactuca tatarica (L.) C.A. Mey. (латук татарский), изучалась на участках различного уровня засоления [Кусакина, Ерёмченко, Четина, 2011]. М.И. Демидовой с соавторами исследовалось влияние галитовых отходов БКПРУ-3 на почву и растительность в ходе модельного опыта [Демидова, Лихарева, Лапшина, 2008]. Было рассмотрено влияние ряда показателей на биохимические и морфологические характеристики растений, что, по мнению авторов работы, может служить значимыми биоиндикационными показателями. По их наблюдениям, окрестности солеотвала заняты луговыми фитоценозами, доминантами которых выступают Calamagrostis epigeios (L.) Roth (вейник наземный) и Dactylis glomerata L. (ежа сборная). Солевой стресс сопровождается гибелью типичных таежных растений, замещаемых солеустойчивыми сорно-рудеральными видами и галофитами [Хайрулина, 2015]. В числе последних авторы упоминают Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. (тростник обыкновенный) и Chenopodium glaucum L. (марь сизую). Кроме того, Е.А. Хайрулиной с соавторами в Пермском крае вдоль высокоминерализованного потока были отмечены сообщества с участием галофита Salicornia perennans Willd. (солероса солончакового) [Хайрулина, Новоселова, Порошина, 2017].
Наиболее полно растительность, сформировавшаяся вокруг галитовых терриконов ОАО «Уралкалий», описана в монографии О.З. Ерёмченко с соавторами. В ней приводятся виды, поселявшиеся в течение пяти лет вокруг солеотвалов СКРУ-1, СКРУ-2 и БПКРУ-1. Так, растительные сообщества зоны устойчивого засоления (1-5 м от солеотвала) характеризовались низкими проективным покрытием (не более 10-30%) и видовым разнообразием. Характерными видами являлись Lactuca tatarica, Chenopodium glaucum, Puccinellia distans, Calamagrostis epigeios, Taraxacum 8 р., Tussilago farfara. Также отмечались злаки Elytrigia repens (L.) Nevski (пырей ползучий), Bromopsis inermis (Leyss.) Holub (кострец безостый), Poa pratensis L. (мятлик луговой), другие маревые (Atriplex calotheca (Rafn) Fr. (лебеда красивоплодная), A. patula L. (лебеда раскидистая)) и представители разнотравья (Artemisia vulgaris L. (полынь обыкновенная), Leucanthemum vulgare Lam. (нивяник обыкновенный), Melilotus albus Medikus (донник белый), Polygonum aviculare L. (спорыш птичий)). В числе произрастающих в данных местах видов авторы выделяют растения солонцовых и солончаковых экосистем лесостепного Зауралья, обладающие эффективными механизмами солеу - стойчивости: Puccinellia distans, Lactuca tatarica, Chenopodium glaucum, Atriplex patula, Calamagrostis epigeios. Для зоны неустойчивого засоления, располагающейся на расстоянии 5-90 м от солеотвала, были характерны рудеральные сообщества с преобладанием многолетних злаков (Calamagrostis epigeios, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Phleum pratense L. (тимофеевки луговой)) и элементов разнотравья (Lathyrus pratensis L. (чины луговой), Leucanthemum vulgare, Melilotus albus, Trifolium repens L. (клевера ползучего) и др.); проективное покрытие таких участков составляло 100% [Ерёмченко и др., 2013].
Таким образом, согласно существующим источникам, на рассматриваемой территории представлены сообщества синантропных видов растений. Говоря в целом о влиянии техногенного засоления на растительность таежной зоны, необходимо подчеркнуть, что оно представляет собой один из факторов прогрессирующей эвтрофикации, наблюдаемой в настоящее время в различных регионах России [Аветов, Шишконакова, 2013; Seregin, 2014].
В вышеотмеченных работах основное внимание, однако, было сосредоточено на зонах, непосредственно примыкающих к терриконам с галитовыми отходами, в то время как разнообразие промышленных объектов на территории предприятия обусловливает формирование более широкого спектра растительных группировок. Кроме того, во всех ранее рассмотренных работах приводятся сведения исключительно о сосудистых растениях, несмотря на присутствие мохообразных и лишайников на ряде трансформированных участков.
В ходе полевых работ 2014 г. были проведены геоботанические исследования на территориях четырех предприятий ОАО «Уралкаий» - БКПРУ-2, БКПРУ-3, БКПРУ-4, СКПРУ-2, расположенных в пределах Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей в центральной части Пермского края на левобережье р. Кама в городах Березники и Соликамск. Верхнекамское месторождение является одним из крупнейших, старейших и, в то же время, одним из самых нарушенных в нашей стране, как по глубине техногенных преобразований, так и охваченному пространству.
Целью настоящей работы является выявление закономерностей проявления техногенеза в формировании растительности участков таежной зоны, нарушенных в ходе добычи и переработки хлоридосодержащих (галитовых) пород.
Описания растительности проводились по градиенту удаленности от солеотвалов:
- 0-5 м, 50-70 м, 100-120 м, 400-500 м (для территорий БКПРУ-4, БКПРУ-2);
- 0-5 м, 33 м, более 1000 м (для территории СКПРУ-2).
Для определения зональных аналогов растительных сообществ на наиболее отдаленных из указанных точек были обследованы фоновые или условно фоновые сообщества. Также проводились описания растительности на технологических объектах предприятий - шламохранилищах и отстойниках дождевых вод. Кроме того, были обследованы поймы рек Быгель, Лёнва, Поповка в местах выпуска дренажных вод.
На всех заложенных площадках выполнялись описания видового состава с определением обилия и скученности видов, определялись сомкнутость древостоя (при его наличии), диаметр деревьев, их высота, характеристики кустарникового яруса, проективное покрытие для травяного / травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов.
Согласно ботанико-географическому районированию Пермской области [Овеснов, 1997], г. Соликамск располагается на юге района среднетаежных пихтово-еловых лесов, а г. Березники и примыкающие к нему территории относятся к району южнотаежных пихтово-еловых лесов. В настоящее время территории, прилегающие к объектам предприятия, занимают производные мелколиственные леса с примесью хвойных пород, участки условно-коренных лесов, вторичные суходольные луга.
Характер растительности, сформировавшейся на территориях предприятий ОАО «Уралкалий», в значительной степени предопределяется многообразием природно-антропогенных факторов: субстратом, неоднородностью мезорельефа, расстоянием от солеотвала, возможностью попадания с него галитовых отходов или засоленных вод, степенью механической нарушенности, приуроченностью к отдельным технологическим объектам (отстойникам дождевых вод, технологическим дренажным канавам и т.п.), особенностями заноса диаспор растений и пр.
Импактные зоны представляют собой площадки, находящиеся непосредственно у подножия солеотвалов (на расстоянии от 0 до 5 м). Почвы техногенно нарушенные, перемешанные с галитовыми отходами
из терриконов и местами - щебнем. Ранее произраставшая древесная и травяная растительность выпала. Формирующийся напочвенный покров в импактных зонах сильно разрежен (ОПП от 2 до 15%) и преимущественно локализован в отдельных пятнах. Пионерные группировки характеризуются сочетанием рудеральных видов и галофитов. Доля последних велика и составляет не менее 10-15% (а на части участков и более) от общего списка произрастающих на площадках видов. Среди галофитов отмечены виды рода Atriplex (в частности, Atriplex prostrata Boucher ex DC (лебеда простертая)), Chenopodium rubrum L., Hordeum jubatum L. (ячмень гривастый), Puccinellia hauptiana V. Krecz. (бескильница Гаупта), Spergularia marina (L.) Griseb. (торичник морской), Suaeda acuminata (C.A. Mey.) Moq. (сведа заостренная).
В то же время в составе рудеральных элементов преобладают солеустойчивые растения: Calamagrostis epigeios, Matricaria discoidea DC. (ромашка безъязычковая), Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip. (трехреберник непахучий), Chenopodium album L. (марь белая), Lactuca tatarica, Melilotus albus, Plantago major L. (подорожник большой). Моховой покров в импактных зонах отсутствует или отмечается в виде отдельных мелких пятен, приуроченных к микроповышениям (ОПП 1-5%). Так как мхов-галофитов не существует, то на подобных участках обычно поселяются пионерные виды главным образом из рода Bryum, выступающие в качестве индикаторов пятен незасоленного или рассо - ляющегося грунта. На территории БКПРУ-2 в импактной зоне отмечен Bryum violaceum A.C. Crundwell & Nyholm (первая находка данного вида для Пермского края), у подножия солеотвала СКПРУ-2 - Barbula unguiculata Hedw., Bryum argenteum Hedw., B. caespiticium Hedw.
Площадки в буферных зонах расположены вниз по склону от отвалов. По сравнению с площадками импактных зон они более разнообразны по составу растительности и проективному покрытию.
Так, в буферной зоне на территории БКПРУ-4 на площадке в 65 м от подножия солеотвала зарастание происходит сравнительно медленно (ОПП 5-7%) из-за высокой степени механической нарушенно- J § сти и стекания по расположенной здесь ложбине атмосферных вод с отвала. Часть площадки практически лишена растительности (сохра- S ю няются лишь единичные экземпляры галофитов - Atriplex prostrata, і | s Chenopodium rubrum, Puccinellia hauptiana), местами на почве отмечены солевые выцветы. В то же время мало затронутые нарушениями окраинные сегменты площадки восстанавливаются активнее. В их зарастании главную роль играют рудеральные виды (Tripleurospermum inodorum, Epilobium adenocaulon Hausskn. (кипрей железистостебельный), Polygonum aviculare, Tussilago farfara), луговые (Alchemilla sp. (манжетка), Dactylis glomerata, Galium mollugo L. (подмаренник мягкий), Leucanthemum vulgare, Vicia cracca L. (горошек мышиный), Trifolium repens) и лесные (Angelica sylvestris L. (дудник лесной)). Моховой покров из Amblystegium serpens (Hedw.) Bruch et al. и Brachythecium salebrosum (Web. et МоЬг) Bruch et al. представлен единичным латками на отдельных микроповышениях.
Площадки, заложенные от террикона ниже по стоку на территории БКПРУ-2, БКПРУ-4 в градиенте удаления 52-127 м, также относятся к буферной зоне. Они характеризуется лишь небольшой механической нарушенностью. На поверхности почвы не отмечено выцветов солей и фрагментов галитовых отходов. Здесь появляется подрост мелколиственных пород (Salix caprea L. (ива козья), Populus suaveolens Fisch. (тополь душистый), P. tremula L. (осина)), а на наиболее отдаленных сегментах - кустарники (Salix cinerea L. (ива пепельная)). Проективное покрытие травяного яруса варьирует в диапазоне 20-60%. На сухих крутых склонах доминируют солевыносливые Juncus tenuis Willd. (ситник тонкий) и Calamagrostis epigeios. На более пологих участках преобладают луговые травы (Lathyrus pratensis, Trifolium hybridum L. (клевер гибридный), T. pratense L. (клевер луговой)), лугово-опушечные (Ajuga reptans L. (живучка ползучая), Prunella vulgaris L. (черноголовка обыкновенная), Veronica chamaedrys L. (вероника дубравная)) элементы. Роль рудеральных элементов по сравнению с импактной зоной существенно понижается при полном отсутствии галофитов. Моховой ярус хорошо выражен (его проективное покрытие от 30 до 90%)