Размещено на http://www.allbest.ru/

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 634.0.232+502.7+581.5

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

ЕКОЛОГО-БІОЛОГІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ СТІЙКОСТІ ЛІСОВИХ БІОГЕОЦЕНОЗІВ НА РЕКУЛЬТИВОВАНИХ ШАХТНИХ ВІДВАЛАХ ЗАХІДНОГО ДОНБАСУ

03.00.16 - екологія

ПОЛЯЩЕНКО НАТАЛІЯ ОЛЕКСІЇВНА

Дніпропетровськ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі геоботаніки, ґрунтознавства та екології Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

Зверковський Василь Миколайович, доктор біологічних наук, професор, Дніпропетровський національний університет, кафедра геоботаніки, ґрунтознавства та екології, професор.

Офіційні опоненти:

Мальцева Ірина Андріївна, доктор біологічних наук, доцент, Мелітопольський державний педагогічний університет, кафедра ботаніки, завідувач;

Ющук Євген Давидович, кандидат біологічних наук, доцент, Криворізький державний педагогічний університет, кафедра ботаніки та екології, доцент.

Захист відбудеться "2" липня 2008 р. о 14:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук у Дніпропетровському національному університеті за адресою: 49010, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 72, корпус 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровського національного університету за адресою: 49010, м. Дніпропетровськ, вул. Казакова, 8.

Автореферат розісланий "29" травня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук, доцент А.О. Дубина.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Актуальність роботи полягає в необхідності біоекологічного обґрунтування методів створення та забезпечення стійкого прогресивного розвитку лісових насаджень в умовах порушених шахтними розробками земель у Західному Донбасі. Пропонуються теоретичні та прикладні аспекти створення оптимальних, економічно доцільних варіантів штучних ґрунтів з високим лісорослинним ефектом, конструкцій стійких і продуктивних лісових культурбіогеоценозів в умовах техногенезу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках науково-дослідних програм Дніпропетровського національного університету: "Розробка методів рекультивації земель урочища "Павлоградські піски", порушених внаслідок ведення гірничих робіт шахтою "Павлоградська" (договір № Фл-4/1817-ПД від 24.06.04 р.); "Наукове обґрунтування способів лісової рекультивації земель урочища "Павлоградські піски", порушених філіями ВАТ "Павлоградвугілля" "Шахта "Павлоградська", "Шахта "Тернівська" (договір № 2066-У від 07.11.05 р.); "Біоекологічне обґрунтування упередження загибелі, відновлення та створення лісових екосистем на землях, порушених шахтою "Павлоградська" у зв'язку з освоєнням нових шахтних полів за Південно-Тернівським геотектонічним скидом. Розробка і обґрунтування методів лісової рекультивації земель, порушених шахтою "Тернівська" (договір № 421/07-1/323-У від 25.01.07 р.).

Мета роботи і завдання дослідження. Основною метою є дослідження екологічних чинників та аналіз 30-річного досвіду лісової рекультивації шахтних відвалів, еколого-біологічне обґрунтування стійкості лісових біогеоценозів на стаціонарних експериментально-виробничих ділянках лісової рекультивації земель, порушених вугільною промисловістю.

Для досягнення мети роботи були поставлені і вирішені такі конкретні завдання:

- вивчити фізико-хімічні показники лісорослинних властивостей порід шахтних відвалів та субстратів штучних ґрунтів - лесовидних суглинків, супісків, чорнозему;

- дослідити динаміку фізико-хімічних і лісорослинних властивостей штучних ґрунтів у процесі багаторічної рекультивації;

- визначити вологозабезпечення різних варіантів штучних ґрунтів;

- виявити динаміку стійкості та продуктивності лісових біогеоценозів у 30-річному експерименті;

- дослідити особливості розвитку кореневих систем;

- вивчити процеси відновлення і загальні закономірності динаміки видового складу лісових культур на експериментальних варіантах рекультивації шахтних відвалів;

- розрахувати індекси спільності та різноманіття видових списків на варіантах штучних ґрунтів;

- виявити біологічні та екологічні особливості найбільш стійких і продуктивних типів експериментальних лісових культур на шахтних відвалах.

Об'єкти дослідження - лісові культурбіогеоценози експериментально-виробничих ділянок лісової рекультивації шахтних відвалів Західного Донбасу.

Предмет дослідження - екологічна характеристика 30-річних лісових біогеоценозів, які формуються на рекультивованих шахтних відвалах Західного Донбасу, їх стійкість і шляхи оптимізації.

Методи дослідження - застосовувались загальноприйняті в геоботаніці, ґрунтознавстві та екології методи досліджень: польові, експериментально-виробничі дослідження зі спостереженнями та порівняннями; лабораторно-аналітичні, вимірювально-вагові, розрахунково-порівняльні, математично-статистичні.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше для Західного Донбасу в багаторічному досліді вивчена динаміка видового складу, життєвості і продуктивності експериментальних лісових культур у процесі рекультивації породних відвалів вугледобувної промисловості. Досліджена динаміка фізико-хімічних властивостей та лісорослинного ефекту штучних ґрунтів під впливом довготривалих біологічних рекультиваційних заходів.

Розроблені критерії і шляхи досягнення високої стійкості лісових біогеоценозів на рекультивованих шахтних відвалах вугільної промисловості.

Практичне значення одержаних результатів. На експериментально-виробничих варіантах лісової рекультивації забезпечено прогресуюче зростання продуктивності, життєвості і стійкості деревних та чагарникових порід. Розроблені і впроваджені у виробництво оптимальні щодо лісорослинного ефекту, маловартісні варіанти штучних ґрунтів та перспективні стійкі типи лісових культур для багаторічного продуктивного освоєння порушених промисловістю земель. Пропонуються способи підвищення ефективності природоохоронних заходів в умовах техногенного ландшафту.

Особистий внесок здобувача. Опрацювання літературних джерел, усі польові та експериментальні роботи, відбір проб, їх аналіз, статистичну обробку результатів й узагальнення здійснено особисто автором упродовж 2000-2007 рр. Відбір проб ґрунтів, фракцій фітомаси та підземних органів для аналізу здійснювався на ділянках лісової рекультивації Дніпропетровського національного університету. Лабораторні дослідження проведені в лабораторії хімії ґрунтів та лісової рекультивації кафедри геоботаніки, ґрунтознавства та екології ДНУ.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації апробовані на таких конференціях: І міжнародній науковій конференції "Проблеми екології та екологічної освіти" (Кривий Ріг, 2002); міжнародній науково-практичній конференції "Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона" (Дніпропетровськ-Орджонікідзе, 2003); міжнародній конференції "Типологія лісів степової зони, їх біорізноманіття та охорона" (Дніпропетровськ, 2005); міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 50-річчю з дня створення Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського "Сучасний стан ґрунтового покриву України та шляхи забезпечення його сталого розвитку на початку 21-го століття". (Харків, 2006); ХІІ з'їзді Українського ботанічного товариства (Одеса, 2006).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 наукових робіт, з яких 7 - статті у фахових журналах і збірниках, 6 - у матеріалах і тезах наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Матеріали роботи викладені на 230 сторінках друкованого тексту. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел, додатків. Текст містить 34 таблиці, 32 рисунки і 2 додатки. Таблиці займають 28 сторінок, рисунки - 28 сторінок, додатки - 37 сторінок. Список використаної літератури включає 256 найменувань, з них 35 - зарубіжних авторів. лісова рекультивація шахтний екологічна

Аналіз наукових джерел, присвячених лісовій рекультивації порушених земель. У науковій літературі вкрай недостатньо висвітлено питання про рекультиваційні роботи в умовах техногенного осідання території річкових долин, де важлива роль належить лісовій рекультивації. З урахуванням того, що комплекс техногенних порушень навколишнього середовища у Західному Донбасі не має аналогів у вітчизняній практиці, наша робота спрямована на біоекологічне обґрунтування методів створення стійких лісових біогеоценозів у складних ґрунтово-гідрологічних умовах, пов'язаних з осіданням території під впливом вугільної промисловості (Brent-Jones, 1984; Данько, 1969; Кулинич, 2001; Красавін, Катаєва, 2003; Травлєєв, Зверковський, 1980, 1986, 1991, 2000, 2006 та ін.).

Об'єкти, методологія та методи досліджень. Об'єктом наших досліджень стали створені на порушених шахтами відкритого акціонерного товариства "Павлоградвугілля" землях штучні лісові культурбіогеоценози. У зонах негативного впливу шахтних полів загальна площа дослідних деревних та чагарникових насаджень на 01.01.06 р. сягає 123,7 га, але конкретні дослідження проводились на спеціалізованих експериментально-виробничих ділянках лісової рекультивації ДНУ: № 1 (рекультивований породний відвал шахти "Павлоградська" (площа 3,2 га), № 3 (рекультивований породний відвал шахти ім. Героїв космосу (площа 5,5 га), № 4 (рекультивована та озеленена ділянка захисної дамби з шахтної породи (площа 2,5 га).

Були випробувані такі варіанти штучних ґрунтів (зверху вниз):

ділянка № 1: І варіант - шахтна порода;

ІІ варіант - лесовий суглинок - 0,5 м, пісок - 0,5 м, шахтна порода - 1 м;

ІІІ варіант - чорнозем - 0,5 м, пісок - 0,5 м, шахтна порода - 1 м;

ІV варіант - чорнозем - 0,5 м, пісок - 1 м, лесовий суглинок - 0,5 м;

V варіант - чорнозем - 0,5 м, пісок - 0,5 м, лесовий суглинок - 1 м;

ділянка № 3: І варіант - чорнозем - 0,1м, лесовий суглинок - 0,6 м, пісок - 0,3 м, шахтна порода - 1 м;

ІІ варіант - супісок - 0,2 м, чорнозем - 0,1 м, суглинок - 0,6 м, пісок - 0,3 м, шахтна порода - 1 м;

ІІІ варіант - супісок - 0,2 м, чорнозем - 0,1 м, суглинок - 0,9 м, пісок - 0,3 м, шахтна порода - 1 м;

ділянка № 4: І варіант - супісок - 0,7 м, шахтна порода - 1 м;

ІІ варіант - супісок - 0,2 м, суміш субстратів з дна підтопленої заплави р. Самари - 2 м, шахтна порода - 1 м;

Методологічні засади вчення В.М. Сукачова (1964) про біогеоценоз ураховують усі його складові: рослинний та тваринний світ, мікробоценоз, кліматичні фактори та ґрунтові умови. Досліджуючи техногенну динаміку й випробовуючи методи спрямованого керування ними, створюється біоекологічне обґрунтування освоєння порушених земель.

Порушення лісових природних біогеоценотичних систем у заплаві р. Самари за класифікацією В.М. Сукачова (1964) відносяться до локально-катастрофічних сукцесій. Моніторингові дослідження лісових екосистем при цьому потребують методологічного обґрунтування й проводяться за схемою (Травлєєв, 1992; Жиляєв, 2001): стаціонарність процесів > стабільність системи > буферність системи > стійкість системи.

Дослідження проводились загальноприйнятими в геоботаніці та біогеоценоголії методами: шляхом геоботанічних обстежень, спостережень, описів динаміки рослинного покриву, вивчення та порівняльного аналізу пробних ділянок та ґрунтових розрізів.

У процесі роботи були вивчені фізико-хімічні властивості відвальних порід і штучних ґрунтів: загальний уміст гумусу, катіонообмінна здатність (ємність поглинання), уміст водорозчинних сполук, рН водної витяжки і вміст доступних форм сполук азоту, фосфору, калію (NPК) (Аринушкина, 1970).

При дослідженні вологозабезпечення аналізувались проби ґрунту ділянок з чистою шахтною породою та на варіантах штучних ґрунтів - суглинковому та чорноземному (відповідно на І, ІІ та ІV варіантах) у насадженнях різних деревних культур: клена гостролистого, білої акації та в'яза низького. Проби відбиралися за допомогою ручного бура АМ-16 через кожні 10 см (від 0 до 1,7 м), а в малопотужних рекультивованих шарах (0,5-1,3 м) - до підстилаючої шахтної породи цілий рік щодекади протягом 2002-2004 рр. У лабораторних умовах визначалася кількість гігроскопічної вологі (ГВ, %), максимальна гігроскопічність (МГВ, %), маса об'ємна та маса скелета ґрунту (ОВ, ОВ_ск, г/см ³), щільність твердої фази та порозність ґрунту. Розраховано розподіл по профілю штучного ґрунту показників вологості в'янення, польової та доступної вологи у мм.

Проведена інвентаризація рослинності, одержані лісотаксаційні показники їх росту і розвитку. Життєвість рослин установлювалась за приростом, ступенем облиствлення й розгалуження, сформованості крон, враження ентомошкідниками, характером плодоношення (Жиляєв, 2001). Надземна фітомаса модельних дерев вивчалася за методикою О.С. Ватковського (1976). Таксаційні роботи були виконані за методикою А.А. Молчанова і В.В. Смирнова (1973). Враховувалася сира, абсолютно суха вага фракцій фітомаси за біогеогоризонтами та відсоток усушки, що використано для діагностики стану модельних дерев на різних варіантах досліду.

Дослідження кореневих систем проведено за методикою Красільникова-Рахтєєнко (1974) із застосуванням траншей та обробкою монолітів якісними та кількісними методами.

Результати досліджень оброблялись методами варіаційної статистики (Вольф, 1968; Рокицкий, 1964; Дмитриев, 1995).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Еколого-біологічне обґрунтування створення стійких багатофункціональних лісових культурбіогеоценозів на деструктивних територіях західного Донбасу. Експериментально-виробничі ділянки лісової рекультивації на шахтних відвалах створені як багатофункціональні. Вони виконують протиерозійну, ґрунтозахисну, рекреаційну, відновлювальну та інші корисні функції, що забезпечуються лише науково обґрунтованою стратиграфією штучного ґрунтового покриву і пертинентним впливом стійких та довговічних лісових культур у процесах відновлення техногенного ландшафту і тривалого формування продуктивних лісових насаджень на відвалах.

У роботі характеризуються особливості створення, динаміка розвитку та типологічні особливості експериментальних лісових насаджень за модифікованою типологією О.Л. Бельгарда (Травлеев, Зверковский, Цветкова и др., 1989; Зверковський, Полященко 2002). Досліджено фізико-хімічні і водно-фізичні властивості порід та штучних ґрунтів, динаміку показників приросту надземної біомаси, особливості розвитку кореневих систем і динаміку росту і розвитку компонентів фітоценозу ділянок лісової рекультивації. Аналізуються процеси і фактори, які впливають на стан лісонасаджень і їх стійкість.

Динаміка лісорослинних властивостей штучних ґрунтів під впливом багаторічної лісової рекультивації. Під впливом шахтної породи в штучних ґрунтах змінюється кількість водорозчинних солей. За 30-річний період мінералізація ґрунтового розчину піщаних едафотопів на безчорноземних варіантах зросла з 0,09-0,13 % до 0,8 %, досягнувши градації середнього засолення. Контакт з підстилаючими засоленими суглинками також збільшує мінералізацію піщаних прошарків: на варіанті, де потужність суглинку 0,5 м - з 0,17 до 0,8 %, а на варіанті, де потужність суглинку 1,0 м - з 0,15 до 0,94 %.

Наявність в ГПК насипних ґрунтів на початкових етапах рекультивації одновалентних катіонів К⁺ і Na⁺ пов'язана з їх походженням, оскільки для рекультивації використані гумусовані субстрати з долини річки Самари, що мали незначне засолення. У подальшому сірчано-кислі сполуки К⁺ і Na⁺ поступово заміщувалися на карбонати Са⁺⁺, що ми пояснюємо не лише капілярним підняттям ґрунтового розчину, але й фітомеліоративним впливом рослинності, а саме переміщенням карбонату Са⁺⁺ із глибоких горизонтів штучних ґрунтів у надземну фітомасу, а потім в опад, підстилку та верхні горизонти рекультиваційного шару.

Використання мінеральних солей і гумусу рослинами на різних варіантах майже ідентичне, виходячи з показників продуктивності експериментальних рослин, але слід врахувати, що потужність насипного суглинку на V варіанті сягає 1 м, а на ІV варіанті - лише 0,5 м, що створює додаткові резерви живлення для дослідних рослин на V варіанті. Кількість солей на більшості варіантів у чорноземах також збільшилася, що пояснюється капілярним підняттям вологи з підстилаючих засолених субстратів.

На безчорноземному варіанті (ІІ) верхній 10-см шар суглинку за 30-річний період майже не змінив мінералізацію - з 0,118 % до 0,2 %, але вміст гумусу тут змінився з 1 % до 4,68 %, що свідчить про значну ефективність процесів первинного ґрунтоутворення на безчорноземних варіантах штучних ґрунтів.

Шари едафотопу за 30-річний період змінюються переважно в сприятливому для деревних рослин напрямку. Це позначалося і на продуктивності і стійкості досліджених рослин.

Водно-фізичні властивості та вологозабезпечення штучних ґрунтів. Величина об'ємної маси змінюється в штучних ґрунтах з глибиною. Шахтна порода має об'ємну масу від 0,94 до 1,02 г/см ³, пісок - від 0,76 до 2,22 г/см ³, суглинок - від 0,94 до 2,06 г/см ³, чорнозем - від 1,35 до 1,70 г/см ³. Порозність порушених ґрунтів коливається в широких межах. Шахтна порода має загальну порозність від 43 до 53 %, пісок - від 3 до 63 %, суглинок - від 5 до 44 %, чорнозем - від 3 до 36 %.

Уміст гігроскопічної вологи по профілю ґрунту неоднаковий і також коливається в значних межах: чорноземні ґрунти - від 1,01 до 2,97 %, суглинок - від 3,09 до 4,17 %, пісок - від 1,01 до 2,04 %, шахтна порода - від 2,04 до 4,71 %. Максимальна гігроскопічна волога зменшується з глибиною. У чорноземних ґрунтах максимальна гігроскопічна волога коливається від 2,97 до 4,90 %, у суглинках - від 3,92 до 4,90 %, у піщаних ґрунтах - від 1,20 до 2,98 %, у шахтній породі - від 4,76 до 4,90 % (табл. 1).

На І варіанті, складеному з шахтної породи, коливання доступної вологи відносно глибини ґрунту майже відсутні. Протягом усього періоду досліджень на І варіанті не зафіксовано дефіциту вологи, хоча і на ІІ і на ІV варіантах він виявляється в посушливі періоди. На ІІ (суглинковому) варіанті на глибині 0-50 см (суглинок) коливання вологи незначне, а з 50-60 см вона збільшується (межа суглинок - пісок) і на глибині 60-70 см (пісок) починає зменшуватися. Кількість доступної вологи на ІV варіанті коливається від -11,50 мм (червень) у насадженні клена гостролистого до 56,95 мм (серпень) у насадженні в'яза низького.

Динаміка стійкості та продуктивності лісових біогеоценозів у 30-річному експерименті. При визначенні динаміки продуктивності лісових фітоценозів були досліджені деревні породи ділянки рекультивації № 1: маслинки вузьколистої, клена гостролистого, в'яза низького на безчорноземних (суглинкових) та гумусованих варіантах штучних ґрунтів та акації білої на чистій шахтній породі. При визначенні надземної фітомаси на кожній пробній площі оброблялися модельні

Таблиця 1. Водно-фізичні властивості штучних ґрунтів ділянки лісової рекультивації № 1*

№ зразка	Грануло-метричний склад	Варіант	Глиби-на відбо-ру зразків, см	ГВ, %	МГВ, %	КН 2О	Вологість в'янення, %	Об'ємна маса, г/см 3	Об'ємна маса ске-лета, г/см 3	Щільність твердої фази, г/см 3	Пороз-ність, %
1	Глиниста шахтна порода	1	0-5	4,17	4,82	1,04	7,23	0,94	0,90	2,02	53
2	Глиниста шахтна порода	1	5-60	4,17	4,76	1,04	7,14	1,02	0,98	1,08	43
3	Глиниста шахтна порода	3	120-180	4,71	4,85	1,04	7,28	-	1,58	-	-
4	Пісок	2	65-110	2,04	2,98	1,02	4,47	1,37	1,34	1,73	21
5	Пісок	3	80-90	2,04	2,98	1,02	4,47	1,32	1,29	2,08	37
6	Пісок	4	100-140	1,01	1,92	1,01	2,88	1,11	1,1	1,68	34
7	Пісок	5	88-118	1,01	1,92	1,01	2,88	1,12	1,11	1,85	39
8	Суглинок	2	0-5	4,17	4,88	1,04	7,32	0,94	0,90	2,12	44
9	Суглинок	2	3-13	3,09	4,9	1,03	7,35	1,67	1,62	1,98	16
10	Суглинок	2	5-30	3,09	4,85	1,03	7,28	1,62	1,57	1,91	15
11	Суглинок	2	30-65	3,09	4,04	1,03	6,06	1,23	1,19	2,10	41
12	Суглинистий чорнозем	4	0-8	2,88	4,17	1,30	6,26	1,58	1,54	1,79	12
13	Суглинистий чорнозем	4	10-20	2,91	3,09	1,03	4,64	1,64	1,59	1,98	17
14	Суглинистий чорнозем	4	20-40	2,94	4,17	1,03	6,26	1,56	1,52	2,21	29
15	Суглинистий чорнозем	4	50-100	1,01	3,03	1,01	4,55	1,35	1,34	2,10	36

Примітки: * - середні значення із 10 зразків; "-" - не визначалось; дерева, що відповідали середнім значенням висоти та діаметра на даному варіанті (табл. 2).

На ІV (чорноземному) варіанті показники абсолютно сухої надземної фітомаси більші ніж показники ІІ (суглинкового) варіанта. Різниці в розподілі біомаси по біогоризонтах у модельних дерев, в залежності від варіантів, не виявлено. Аналізуючи залежність частки фотосинтезуючої фракції в загальній масі дерева від варіанту ґрунту та деревної породи, можна зробити висновок, що кількість фотосинтезуючих частин маслинки не залежить від варіанта насипного ґрунту, а в насадженні клена та в'яза кількість фотосинтезуючих частин більша на суглинковому варіанті (ІІ), ніж на чорноземному (ІV) у 1,6 рази, в'яза в чистому насадженні в 1,1 рази. В'яз у змішаному насадженні має більшу залежність від варіанта насипного ґрунту, ніж в'яз у чистому насадженні (табл. 3).

Щодо проценту усушки фотосинтезуючої частини клена гостролистого та в'яза низького, кращим є ІV варіант, що свідчить про більше накопичення вологи на чорноземних варіантах, ніж на суглинкових. Для маслинки вузьколистої така залежність майже не існує, оскільки на ІІ варіанті усушка складає 57 %, а на ІV варіанті - 55,4 %. Це підтверджує, що маслинка добре почуває себе як на чорноземних ґрунтах, так і на суглинкових. На І варіанті (шахтна порода) відсоток усушки низький (46,1 %).

Поваріантна різниця надземної продуктивності зберігається протягом тривалих періодів. Так, у 1987 році фітомаса клена гостролистого на ІІ варіанті складала 2675 г, що в 2,3 рази менше від фітомаси дерева на ІV варіанті - 6129 г. У 2002 році фітомаса клена гостролистого на ІІ варіанті була 13770 г, що в 2,4 рази менше фітомаси дерева на ІV варіанті - 33472 г. Надземна фітомаса збільшилася за п'ятнадцять років у середньому на 19219 г, що є достатньо високим показником приросту і життєвості клена гостролистого.

Установлено, що рослини накопичують у фітомасі більше вологи на ІV варіанті (чорноземному), ніж на ІІ варіанті (суглинковому). Хоча розбіжність і невелика, але вона свідчить про більш високу життєвість і стійкість рослин на ІV варіанті.

Багаторічний експеримент показав, що життєвість культур на шахтній породі є незадовільною. У перші ж роки розвитку культур верхівковий приріст деревних порід за вегетаційний період тут був у 6-30 разів нижчий, ніж на інших варіантах, середня ширина крони в 16-25 разів менша, ніж у рослин на варіантах з насипкою чорнозему. Тому шахтна порода неприйнятна як самостійний субстрат для вирощування деревних культур при лісовій рекультивації порушених земель.

На варіантах з насипкою лесовидного суглинку життєвість більшості деревних культур висока. Нанесення на поверхню шахтної породи звичайного чорнозему, піску й лесовидного суглинку створює сприятливе середовище для росту рослин.

Розходження в потужності і складі штучних ґрунтів визначають і показники біологічної продуктивності. На всіх варіантах експерименту з потужністю насипки менш 0,9 м насадження нестійкі і недовговічні, відстають у рості і є безперспективними. Потужність штучних ґрунтів 1,0-1,6 м створює надійну едафічну базу, що забезпечує сприятливий прогресуючий ріст і розвиток насаджень навіть у посушливі роки. Кожний із створених варіантів штучних ґрунтів має власну амплітуду можливостей і сприятливий для тієї чи іншої групи випробуваних рослин.

Таблиця 2. Сира вага та процент усушки фракцій надземної фітомаси клена гостролистого на варіантах рекультивації

Біогеогоризонти	Протяж-ність частин, м	Фракції фітомаси, г / % усушки	РАЗОМ
		листя	Гілки	плоди	стовбур
		живе	сухе	живі	сухі	ауксибласти	водяні пагони
ІІ варіант
Верхня частина крони	1,2	21	-	-	99	23	-	-	-	143
		57	-	-	30	45	-	-	-
Середня частина крони	1	1050	-	1031	130	94	-	-	-	2305
		57	-	41	30	45	-	-	-
Нижня частина крони	1	704	-	1193	171	20	-	-	1160	3248
		45	-	42	11	45	-	-	39
Верхня частина стовбура	1	232	-	908	1456	21	-	-	2510	3816
		63	-	41	11	45	-	-	37
Нижня частина стовбура	1	-	-	-	-	-	-	-	4275	4275
		-	-	-	-	-	-	-	28
УСЬОГО	5,2	2007	-	3132	545	158	-	-	7945	13787
ІV варіант
Верхня частина крони	1,97	1190	-	508	30	166	-	-	430	2324
		62	-	47	18	60	-	-	40
Середня частина крони	2	1355	-	1620	451	89	-	-	2130	5645
		67	-	51	12	63	-	-	40
Нижня частина крони	2	177	-	1335	980	35	-	-	4200	6727
		70	-	30	15	89	-	-	33
Верхня частина стовбура	2	152	-	-	-	41	-	-	6980	7173
		78	-	-	-	88	-	-	87
Нижня частина стовбура	2	53	-	-	-	23	-	-	11527	11603
		85	-	-	-	96	-	-	26
УСЬОГО	9,97	2927	-	3463	1461	354	-	-	25267	33472

Таблиця 3. Частка фотосинтезуючих фракцій від загальної маси дерева в залежності від варіанта ґрунту та деревної породи

Варіант досліду	Деревна порода
		Робінія звичайна	Маслинка вузьколиста	Клен гостролистий	В'яз низький у насадженні смородини золотистої	В'яз низький у чистому насадженні
		вага фотосинтезуючих частин дерева, г	кількість фотосинтезуючих частин від загальної маси дерева, %	вага фотосинтезуючих частин дерева, г	кількість фотосинтезуючих частин від загальної маси дерева, %	вага фотосинтезуючих частин дерева, г	кількість фотосинтезуючих частин від загальної маси дерева, %	вага фотосинтезуючих частин дерева, г	кількість фотосинтезуючих частин від загальної маси дерева, %	вага фотосинтезуючих частин дерева, г	кількість фотосинтезуючих частин від загальної маси дерева, %
І		1966,3	17,7
	Усушка, %	46,1
ІІ				3912,0	8,9	2160,0	15,7	3978,0	8,8	4426,0	7,1
	Усушка, %			57		50,3		66,1		68,8
ІV				4813,5	8,8	3281,0	9,8	2600,0	5,1	4578,0	6,5
	Усушка, %			55,4		75,8		70,8		71,3

На всіх вивчених варіантах досліду більш високою стійкістю і життєвістю відрізняються культури акації білої, ялівця віргінського, клена гостролистого, в'яза низького, маслинки вузьколистої. На суглинку і чорноземних варіантах у вересні 2006 року їхня середня висота досягла оптимальних показників - 926-1210 см, середній діаметр стовбура - 9,6-14,4 см.

Особливості розвитку кореневих систем деревних культур на ділянках лісової рекультивації обумовлюються, з одного боку, біоекологічними особливостями деревної породи, з іншого - лісорослинними властивостями штучного ґрунтового покриву. На варіантах досліду було виявлено особливості підземних органів трьох основних лісоутворюючих деревних порід: робінії звичайної, тополі Болле, а також клена гостролистого (табл. 4).

Порівняльний аналіз якісних та вагових показників клена гостролистого на варіантах рекультивації показав, що коренева система у клена потужніша у верхніх горизонтах на суглинках, ніж на чорноземних варіантах. Отже, у більш несприятливих лісорослинних умовах дерево намагається розвинути масивнішу кореневу систему, щоб повніше задовольнити потребу рослини у воді та поживних речовинах.

Таблиця 4. Розподіл маси коренів клена гостролистого по ґрунтових горизонтах на варіантах досліду

ІІ варіант	ІV варіант
Горизонт, см	Маса коренів, г	Коефіцієнт усушки, %	Горизонт, см	Маса коренів, г	Коефіцієнт усушки, %
	живих	сухих			живих	сухих
0-10	521,12	349,96	32,84	0-10	299,00	131,90	55,89
10-20	304,99	172,76	43,36	10-20	88,80	45,19	49,11
20-30	657,31	355,32	45,94	20-30	317,60	171,43	46,02
30-40	137,46	87,96	36,01	30-40	64,11	27,41	57,25
40-50	134,94	76,66	43,19	40-50	179,50	77,68	56,72
50-60	78,67	48,96	37,77	50-60	126,09	90,66	28,10
60-70	41,39	30,36	26,65	60-70	52,49	37,56	28,44
Усього	1875,88	1121,98		Усього	1127,59	581,83

На І варіанті у робінії звичайної при незначній надземній фітомасі частка коренів досить значна - 37 % від загальної маси модельного дерева. У посадці клена гостролистого на ІІ варіанті маса коренів - 18 %, а на ІV варіанті - лише 5 %, що підтверджує вплив складу штучних ґрунтів на кількісні характеристики підземних органів рослин (табл. 5).

Збільшення кількісного відношення підземної частки до надземної є одним з проявів рівня стабільності і стійкості екосистеми (Етеревская, 1992). В умовах ділянки лісової рекультивації №1 відношення вагової кількості коренів до ваги надземної частини зменшується від варіанта І до варіанта ІV. Таким чином, в умовах техногенних ландшафтів з переважанням оліготрофних субстратів збільшення маси коренів у більш бідних місцезростаннях є пристосуванням до жорстких умов середовища.

Таблиця 5. Порівняльна характеристика відношення маси коренів до надземної фітомаси в залежності від варіанта штучного ґрунту та деревної породи

Варіант досліду	Співвідношення фракцій фітомаси	Деревна порода
		робінія звичайна	клен гостролистий
		маса, г	% від загальної маси	маса, г	% від загальної маси
І	Надземна фітомаса	11096,6	63
	Маса коренів	6425	37
ІІ	Надземна фітомаса			13787,0	82
	Маса коренів			2997,9	18
ІV	Надземна фітомаса	Не визначалась	33475,0	95
	Маса коренів	3283,18		1709,4	5

Особливості лісової рекультивації відвалу шахти ім. Героїв космосу. На цій ділянці розроблялись способи лісової рекультивації відвалів з укосами різного кута нахилу без переформування відвалу. На крутих схилах темпи росту і розвитку рослин знижені, а на плоскій частині деревні і чагарникові породи знаходяться в доброму стані. На цей час деревостану абрикоса жерделі на укосах 41-42° збереглося 58 %, клену гостролистого - 40 %, робінії звичайної і маслинки вузьколистої - по 50 %.

Особливості лісової рекультивації поверхні захисної дамби. Для захисту природних лісових угідь від підтоплення в заплаві р. Самари розроблено засіб регулювання рівня ґрунтових вод методом дамбування. Дамби будуються з шахтних порід, після чого проводяться меліоративні заходи. Доцільною меліорацією є створення лісових насаджень, що мають ґрунтозахисне й рекреаційне значення.

Багаторічний експеримент по залісненню дамб виявив, що найбільш ефективним є завчасне нанесення на поверхню дамби ґрунтів при типологічному обґрунтуванні асортименту лісових рослин.

Екологічна характеристика росту та розвитку лісових культурбіогеоценозів на різних варіантах експериментально-виробничих ділянок лісової рекультивації. На ділянках лісової рекультивації вивчена динаміка росту і розвитку експериментальних культур, їх приживаність, процеси самозрідження й відпаду деревних і чагарникових порід, насіннєве і порослеве відновлення, а також процеси їх заміщення іншими, більш стійкими, культурами, які поширюються в межах ділянки внаслідок самовільної інвазії (рис. 1, 2). При цьому враховувались стан і динаміка розвитку початково створених культур, а також міжваріантна спільність видів, чисельність і показники росту та життєвості нових деревних і чагарникових рослин, що поширюються в процесах спонтанного самозаростання дослідної ділянки. Це відкриває можливості біоекологічної оцінки ступеня придатності окремих видів деревних і чагарникових культур, їх конкурентної спроможності і стійкості та довгорічних перспектив розвитку в умовах ділянок лісової рекультивації шахтних відвалів.



Рис. 1. Видовий склад деревних і чагарникових порід у насадженні тополі Білле та їх співвідношення, %

Рис. 2. Видовий склад деревних і чагарникових порід у насадженні робінії звичайної та їх співвідношення, %

При порівнянні видового різноманіття на одному варіанті штучних ґрунтів, але в різних варіантах початкового видового складу насаджень виявлено, що довільно на ділянки рекультивації вселяються від 7 до 11 видів деревних та чагарникових порід, при цьому біологічне різноманіття (індекс Шеннона) має максимальне значення на ІІ варіанті з основною породою - ялівцем віргінським, а мінімальне - з основною породою - дубом звичайним.

Це і виявляє контрастність умов, що утворюються на ІІ варіанті рекультивації, залежно від деревної породи. Дуб, створюючи протягом 30 років зімкнені деревні насадження зі сформованим пологом та чагарниковим підростом, не дозволяє деревним рослинам заселяти цю територію. Натомість береза бородавчаста та ялівець віргінський, формуючи менш зімкнені насадження та "вікна" на місцях самовільної вирубки, створюють сприятливі умови для заростання даної території.

За методом виміру різноманіття, запропонованим Е.С. Пієлоу (1975), що дозволяє оцінити вірогідність знаходження на досліджуваній території нових видів, нами розраховано коефіцієнт (Р). Індекс Пієлоу для дуба звичайного на ІІ варіанті становить 0,3, а на ІV - 0,8, для ялівця віргінського - 0,9 і 0,7 відповідно. Індекс Пієлоу теж максимальний на ІІ варіанті з основною породою - ялівцем віргінським, тобто на цих ділянках, що відрізняються високою ценотичною відкритістю, ми можемо знайти нові самовільно заселені види рослин.

ВИСНОВКИ

1. Створені варіанти штучних ґрунтів на експериментальних ділянках лісової рекультивації мають значні відмінності від природних еталонних ґрунтів, порушених деструктивними ґрунтами, а також між собою. Вони відрізняються від природних ґрунтів значною оліготрофністю, і лише на варіантах, де є 40-60 см чорнозему, умови трофності близькі до природних ґрунтів.

2. Оцінка лісорослинних властивостей техногенного екотопу по варіантах досліду враховує вологозабезпеченість штучних ґрунтів. Вміст продуктивної вологи залежить від гранулометричного складу, потужності й будови рекультиваційного шару. На ділянках рекультивації дефіцити вологи виникають у шарах ґрунтів важкосуглинистого гранулометричного складу, переважно в посушливі періоди, де формується низький коефіцієнт локального зволоження (за Травлєєвим Л.П., 1976).

3. На варіантах штучних ґрунтів у підстилаючих шарах шахтної породи з часом значно збільшується кислотність (рН зменшується з 6,5 до 3,29), при цьому засолення також зростає: на ІІІ варіанті з 0,93 % до 1,56 %, а на IV варіанті - з 0,24 % до 1,32 %, що пов'язано із повільним окисленням сульфідних сполук шахтної породи.

4. На ІІ, безчорноземному, варіанті за 30-річний період сухий залишок суглинку (горизонт 0-10 см) підвищився майже до 0,8 %, (середньо-засолений), рН 7,11, тобто зменшилась (було 7,3), реакція близька до нейтральної. Переважають гідрокарбонати, сульфати, хлориди калію, кальцію, магнію, натрію. Вміст аніонів не змінився, а з катіонів - калій став на перше місце, а натрій - на останнє.

5. Верхнім горизонтом суглинку на безчорноземних варіантах властиве значне зростання вмісту гумусу (від 0,6 до 4,7 %). У чорноземних прошарках штучних ґрунтів кількість гумусу на варіантах досліду також збільшилася за 30-річний період експерименту в середньому в 1,5 рази, що свідчить про інтенсивне ґрунтоутворення.

6. На шахтних відвалах створення штучних ґрунтів загальною потужністю менше 0,9 м недоцільно, тому що вони не мають достатнього ґрунтово-гідрологічного обсягу для прогресивного накопичення вологи й елементів живлення. Оптимальні лісорослинні умови утворюються при загальній потужності насипного шару 120-180 см, коли досягається необхідний ґрунтово-екологічний об'єм.

7. Субстрати, які використовувалися для створення штучних ґрунтів, змінюють показники складу і властивостей різних варіантів рекультивації під впливом фізико-хімічних процесів, які залежать від стратиграфічних схем досліджених варіантів.

8. Установлено, що окремі види деревних порід істотно не впливають на динаміку хімічних властивостей штучних ґрунтів. Шари едафотопу за 30-річний період змінюються переважно у сприятливому для деревних рослин напрямку.

9. Найбільший приріст у висоту деревних і чагарникових порід спостерігається на варіантах з чорноземним прошарком. У цілому показники продуктивності 30-ти річних культур на ділянці рекультивації не поступаються бонітету деревних культур штучних насаджень на непорушених землях.

10. Для більшості досліджених культур установлена достовірна різниця життєвості й продуктивності залежно від варіантів штучних ґрунтів, але такі культури, як маслинка вузьколиста, робінія звичайна, карагана, верба біла, клен гостролистий, бирючина звичайна і ялівець віргінський. не проявляють чіткої залежності від варіанта штучного едафотопу.

11. Розходження в потужності й складі штучних ґрунтів визначають і показники біологічної продуктивності експериментальних рослин на варіантах досліду. Співвідношення фракцій надземної біомаси модельних дерев є важливою діагностичною ознакою стійкості насадження. Зростання частки фотосинтезуючих фракцій фітомаси свідчить про підвищену стійкість деревостану.

12. Деревні породи на чорноземному варіанті штучних ґрунтів мають більш високі показники сирої ваги всіх фракцій фітомаси в порівнянні із суглинковим варіантом. Показники ступеня усушки фітомаси свідчать про більше накопичення і запас вологи фракціями фітомаси на чорноземних варіантах у порівнянні із суглинковими.

13. Шахтна порода є непридатною для створення лісових насаджень. Рослинність на шахтній породі (I варіант), перебуваючи в пригніченому стані, поступово загинула. Життєвість рослин інтенсивно знижувалася, наближаючись до 0. Такі культури, як сосна, дуб, робінія, скумпія, збереглися на шахтній породі завдяки малопотужним фрагментарним еоловим пиловим наносам і механічному переміщенню гумусових субстратів при механізованій культивації міжрядь.

14. 30-річні експериментальні насадження дозволяють виявити фізико-хімічні, екологічні властивості, часову і функціональну динаміку лісорослинного ефекту відвальних порід і штучних ґрунтів, лісовідтворення і спонтанну динаміку видового складу насаджень, найбільш довговічні, стійкі та перспективні типи лісових культур на шахтних відвалах.

15. Запропоновані науково обґрунтовані методи, дають можливість створювати на шахтних відвалах ефективні маловартісні конструкції штучних ґрунтів й оптимальні типи стійких лісових насаджень, що прогресивно розвиваються і мають позитивний середовищеперетворюючий вплив на початково незадовільні техногенні умови. Створені штучні насадження повинні бути включені до екологічної мережі степового Придніпров'я.

Рекомендації виробництву:

1. При формуванні шахтних відвалів рекомендується створювати якомога більш горизонтально орієнтовані елементи рельєфу. В умовах, де відвал має круті відкоси, слід зробити їх якомога більш пологими задля створення кращих умов для посадкових робіт і застосування техніки на біологічному етапі рекультивації, а також для формування більш оптимальних умов водного режиму й запобігання ерозії.

2. Потужність умовно родючого шару ґрунту, який покриває шахтну породу, повинна бути не менша 0,9 м. Чиста шахтна порода, як правило, не придатна для її біологічного освоєння.

3. Виходячи з даних багаторічного досліду, пропонується використовувати для посадки на штучних едафотопах такі деревні та чагарникові породи:

- для чорноземних варіантів штучних ґрунтів: клен гостролистий, скумпія звичайна, дуб звичайний, смородина золотиста, клен татарський;

- для безчорноземних варіантів: робінія звичайна, ялівець віргінський, бирючина звичайна, в'яз низький, карагана дерев'яниста, сосна кримська, маслинка вузьколиста.

4. Для створення лісових екосистем на шахтних відвалах рекомендуються чисті по деревостану насадження. Відстань між рядами повинна бути не менш ніж 2,5 м; у ряду між саджанцями та сіянцями - не менш ніж 1,5 м.

СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Зверковcкий В.Н., Полященко Н.А. Пути оптимизации лесорастительных условий на рекультивируемых шахтных отвалах // Вісник ДНУ. Біологія. Екологія. - 2002. - Вип. 10. - Т. 1. - С. 22-27. (Дисертантка брала участь у виконанні польових досліджень і оформленні роботи).

2. Зверковcкий В.Н., Полященко Н.А. Техногенная динамика лесных биогеоценозов в Западном Донбассе (на примере урочища "Богдановские пески") // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель: Міжвуз. зб. наук. пр. Д.: РВВ ДНУ, 2003. - Вип. 7 (32). - С. 15-24. (Здобувач зібрала та визначила фактичний матеріал. Провела обробку даних, підготовила статтю, брала участь у формулюванні висновків).

3. Зверковcкий В.Н., Полященко Н.А. Ефективність відтворення лісових екосистем в умовах техногенного впливу вугільної промисловості // Вісник ДНУ. Біологія. Екологія. - 2003. - Вип. 11, т. 2. - С. 57-61. (Здобувачем зібрано та визначено фактичний матеріал. Проведено обробку даних, підготовлено статтю, брала участь у формулюванні висновків).

4. Зверковcкий В.Н., Фесенко О.С., Полященко Н.А. Рекультоведение и современные задачи освоения нарушенных земель Западного Донбасса // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель: Міжвуз. зб. наук. пр. - Д.: РВВ ДНУ, 2004. - Вип. 8 (33). - С. 243-251. (Участь у виконанні польових досліджень, підборі методики, у формулюванні висновків).

5. Зверковcкий В.Н., Полященко Н.А. Биоэкологические и агротехнические особенности лесной рекультивации шахтных отвалов Западного Донбасса // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель: Міжвуз. зб. наук. пр. - Д.: РВВ ДНУ, 2006. - Вип. 10 (35). - С. 195-201. (Здобувач виконувала польові дослідження та проводила обробку матеріалу; брала участь у формулюванні висновків).

6. Полященко Н.А. Влияние сброса шахтных вод ОАО "Павлоградуголь" на состояние р. Самары // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель. Міжвуз. зб. наук. пр. - Д.: РВВ ДНУ, 2006. - Вип. 10 (35) - С. 201-206.

7. Полященко Н.О. Залежність фітомаси модельних дерев від варіантів насипних ґрунтів на ділянці лісової рекультивації // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель: Міжвуз. зб. наук. пр. - Д.: РВВ ДНУ, 2007. Вип. 11 (36) - С. 186-192.

8. Полященко Н.А., Зверковcкий В.Н. Динамика и устойчивость насаждений можжевельника виргинского и ивы белой на рекультивированных землях Западного Донбасса // Матеріали І міжнародної наукової конференції. - Кривий Ріг, 2002. - С. 55-57.

9. Зверковcький В.М., Полященко Н.О. Біогеоценологічне обґрунтування лісової рекультивації земель, порушених гірничодобувною промисловістю // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції, 2-4 червня 2003 року. - Д-Орджонікідзе, 2003. - С. 128-130. (Здобувачем зібрано фактичний матеріал. Проведено обробку даних, підготовлено статтю).

10. Зверковьcкий В.М., Грицан Ю.І., Полященко Н.О. Рекультознавчі проблеми освоєння порушених земель // Екологічний вісник (травень-червень 2005). - К., 2005. - С. 11, 12.

11. Зверковcкий В.Н., Полященко Н.А., Фесенко О.С. Перспективные типы лесных культур на рекультивируемых землях Западного Донбасса // Типологія лісів степової зони, їх біорізноманіття та охорона: Тези доп. між нар. конф. 10-15 липня. - Д., 2005. - С. 82-85.

12. Зверковcкий В. Н, Полященко Н.А., Фесенко О.С. Восстановление деструктивных почв Западного Донбасса // Сучасний стан ґрунтового покриву України та шляхи забезпечення його сталого розвитку на початку 21-го століття: Тези доп. міжнар. наук.-прак. конф., присвяченої 50-річчю з дня створення Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського: Харків, 2006. - С. 135-137.

13. Зверковьcкий В.М., Полященко Н.О. Перспективні деревні культури на порушених землях // Матеріали ХІІ з'їзду Українського ботанічного товариства. Одеса, 15-18 травня 2006. - С. 110. (Здобувачем зібрано фактичний матеріал. Проведено обробку даних, підготовлено статтю).

АНОТАЦІЯ

Полященко Н.О. Еколого-біологічне обґрунтування стійкості лісових біогеоценозів на рекультивованих шахтних відвалах Західного Донбасу - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена еколого-біологічному обґрунтуванню методів забезпечення стійкості лісових культурбіогеоценозів, створених на рекультивованих шахтних відвалах Західного Донбасу. Досліджені екологічні зміни, які відбулися за 30-річний період у створених штучних ґрунтах під впливом рекультиваційних заходів. Визначено екологічні, фізико-хімічні і водно-фізичні властивості та вологозабезпечення штучних ґрунтів. Проаналізована динаміка видового складу, життєвості і продуктивності експериментальних лісових культур у процесі рекультивації породних відвалів вугледобувної промисловості; визначено оптимальні лісорослинні умови, деревні і чагарникові породи, які в більш продуктивними на маловартісних штучних варіантах ґрунтів. Виявлені і екологічно обґрунтовані оптимальні, економічно доцільні варіанти штучних ґрунтів з високим лісорослинним ефектом, а також раціональні конструкції стійких і продуктивних лісових культур на ділянках відновлення порушених гірничою промисловістю земель.

Ключові слова: порушені землі, лісова рекультивація, штучні ґрунти, фітомаса, деревні і чагарникові породи, динаміка видового складу.

АННОТАЦИЯ

Полященко Н.А. Эколого-биологическое обоснование устойчивости лесных биогеоценозов на рекультивированных шахтных отвалах Западного Донбасса. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск, 2008.

Диссертация посвящена эколого-биологическому обоснованию устойчивости лесных биогеоценозов, созданных в техногенных условиях Западного Донбасса.

На шахтных отвалах созданы экспериментально-производственные участки лесной рекультивации с различными вариантами насыпных почво-грунтов с использованием чернозема, суглинка, песка, а также смеси субстратов из просевших участков долины р. Самары. Подстилающим слоем для всех вариантов взята шахтная порода. На участках рекультивации высажены 18 древесных и кустарниковых пород. В результате 30-летних исследований разработаны экологические приемы создания устойчивых лесных биогеоценозов на землях, нарушенных угольной промышленностью.

Определены экологические, физико-химические и водно-физические свойства шахтных пород, лессовидных суглинков, супесей и чернозема, влагообеспеченность различных вариантов искусственных почво-ґрунтов. Изучена динамика физико-химических и лесорастительных свойств искусственных почво-грунтов в процессе многолетней рекультивации. Все исследуемые почвы являются среднезасоленными и относятся к хлоридно-сульфатному типу засоления; кислотность со временем повышается, что связано с окислением сульфидных соединений шахтной породы; увеличивается содержание гумуса на всех вариантах искусственных почво-грунтов. Установлена многолетняя динамика видового состава древесных и кустарниковых культур, их жизненность, устойчивость и продуктивность. Изучены особенности развития надземных и подземных органов экспериментальных лесных культур в процессе рекультивации породных отвалов угледобывающей промышленности. Соотношение фракций надземной фитомассы модельных деревьев используется как важный диагностический показатель устойчивости насаждения.

Проанализирована динамика устойчивости, жизненности и продуктивности лесных экосистем, выполнена сравнительная характеристика роста и развития лесных культурбиогеоценозов на различных вариантах экспериментально-производственных участков лесной рекультивации; определены индексы общности и многообразия для видовых списков на вариантах искусственных почво-грунтов.

Определены оптимальные лесорастительные условия для создания искусственных лесонасаждений на шахтных отвалах - как можно более горизонтально ориентированные площади; мощность условно-плодородного рекультивационного слоя, покрывающего шахтную породу, должна быть не менее 0,8 м; производить посадку из чистых по составу насаждений; расстояние между рядами должно быть 2,5-3 м, а в ряду - 0,75-1,5 м. Определены древесные и кустарниковые породы, более продуктивные и устойчивые на удешевленных безчерноземных вариантах - белая акация, можжевельник виргинский, бирючина обыкновенная, вяз карликовый, карагана деревянистая, сосна крымская, лох узколистный, а на черноземных вариантах - клен остролистный, скумпия обыкновенная, дуб обыкновенный, смородина золотистая, клен татарский.

Обоснованы методы и приемы повышения устойчивости и жизненности лесных культурбиогеоценозов в техногенных условиях.

Разработаны и внедрены в производство оптимальные по лесорастительному эффекту удешевленные варианты искусственных почво-ґрунтов и перспективные устойчивые типы лесных культур для многолетнего продуктивного освоения нарушенных горной промышленностью земель.

Ключевые слова: нарушенные земли, лесная рекультивация, искусственные почво-грунты, фитомасса, древесные и кустарниковые породы, динамика видового состава.

ANNOTATION

Polyashchenko N.O. Eco-biological substantiation of forest biogeocenosis resistance on recultivated mining dumps of the West Donets Basin. - A manuscript.

The thesis for a Ph.D. (Biology) degree majoring in 03.00.16 - ecology. - Dniepropetrovsk National University, Dniepropetrovsk, 2008.

The thesis is devoted to eco-biological substantiation of methods to ensure resistance of forest plantation biogeocenosis created on recultivated mining dumps of the West Donets Basin. Ecological changes that occurred in created artificial soils influenced by recultivating measures during a 30-year period have been explored. Ecoligical, physicochemical, water-physical properties and water supply of artificial soils have been defined. Dynamics of experimental forest plantation species composition, vitality and productivity in the process of recultivating coal-mining industry waste dumps has been explored; optimal forest-plant conditions, wood and shrub species being more productive on low-cost artificial soil variations have been defined. Optimal and economically sound artificial soil variations with high forest-plant effect as well as practical constructions of resistant and productive forest plantation on restoration sites of lands disturbed by mining industry have been revealed and ecologically substantiated.

Keywords: disturbed lands, forest recultivation, artificial soils, phytomass, wood and shrub species, species composition dynamics.