Инвазивные виды растений как причина торможения восстановительных сукцессий

Одним из слабо изученных экологических последствий инвазий является нарушение чужеродными видами сукцессионных процессов. В этом аспекте проблема инвазивных видов недооценивается. Последствиями нарушения сукцессионных процессов могут быть: задержка сукцессии на тех или иных стадиях, вплоть до ее полной блокировки и снижение вариабельности временных состояний экосистем – «сукцессионного разнообразия». Эти изменения, в свою очередь, отражаются на биоразнообразии (снижение сукцессионной вариабельности обуславливает потерю местообитаний и экологических ниш, что соответственно влияет на видовое разнообразие). Вероятно образование новых сообществ и экосистем, в том числе с непредсказуемыми свойствам.

Заросли золотарника канадского на заброшенном огороде

Сукцессия на скалах: шарташские каменные палатки

Шарташские каменные палатки – широко известный геоморфологический и историко-культурный памятник природы в черте города Екатеринбурга. Представляют собой гранитные скалы-останцы, образовавшиеся под воздействием процессов выветривания и эрозии. Это скальные выходы Шарташского гранитного массива, образовавшегося около 300 миллионов лет назад. Высота скал – 5-18 м, над уровнем озера Шарташ (находится вблизи) – 24 м, над уровнем моря – 299 м. В окрестностях обнаружены поселения и стоянки, датируемые от каменного до железного века.

Блокировка восстановительной сукцессии североамериканской лианой Parthenocissus quinquefolia (L.) Planch

Одним из слабо изученных экологических последствий инвазий является нарушение чужеродными видами сукцессионных процессов. В этом аспекте проблема инвазивных видов недооценивается. Последствиями нарушения сукцессионных процессов могут быть: задержка на тех или иных стадиях, блокировка сукцессионных смен, непрогнозируемая траектория, снижение вариабельности состояний экосистем – «сукцессионного разнообразия». Эти изменения, в свою очередь, отражаются на биоразнообразии (снижение сукцессионной вариабельности обуславливает потерю местообитаний и соответственно видового разнообразия). Вероятно образование новых сообществ и экосистем, в том числе с непредсказуемыми свойствами.

Блокировка сукцессий чужеродными видами негативно сказывается на скорости восстановительных процессов, что снижает устойчивость природных и природно-антропогенных экосистем к внешним воздействиям.

Ингибирование (блокировку) сукцессий вызывают виды-трансформеры, к которым относят инвазивные виды, которые изменяют характер, состояние, облик и сущность экосистем на значительной площади (Richardson, 2000, Richardson, Pyšek, 2012).

Как пример –  блокировка восстановительной сукцессии на строительном пустыре североамериканской лианой Parthenocissus quinquefolia (L.) Planch.

Заброшенный аэродром: сукцессия в техногенном ландшафте

Во времена СССР это был аэродром стратегической авиации,  очень важный военный объект. Но в начале 1990-х гг. стратегические бомбардировщики улетели в Россию и аэродром был заброшен. Здания и сооружения разрушены и растащены в разные стороны, осталась только взлетно-посадочная полоса. Точнее целая система этих полос из бетонных шестигранных плит.

Земля без людей

Хорошо и доступно рассказано, что произойдет, если все технические системы остановятся. Особенно интересный момент – последствия отключения электричества. Технические системы остановились, но техногенез будет еще продолжаться некоторое время.

\

200-300 лет для восстановления лесов в антропогенных ландшафтах востока США все-таки мало.

Есть книга Алана Вейсмана «Земля без людей», в которой рассказано, как после исчезновения людей будут разрушаться города, восстанавливаться экосистемы и т.д.  Как отреагирует природа, если будет внезапно избавлена от антропогенного пресса.

Сукцессия в техногенном ландшафте: хвостохранилище обогатительной фабрики золоторудного месторождения

Вот еще пример первичной сукцессии в техногенном ландшафте: хвостохранилище обогатительной фабрики Березовского месторождения золота.

Березовское месторождения золота считается одним из крупнейших в России, занимает площадь 60 км² и расположено вблизи г. Березовский (Свердловская область). Разрабатывается подземным способом. Глубина шахт – до 500 м. Золотосодержащая сульфидная руда поступает на обогатительную фабрику, производительность которой 880 тыс. т переработанной руды в год. Отходы обогатительной фабрики отправляются в хвостохранилище (отходы обогащения – эфильные пески).

Скопления отходов обогатительной фабрики (кварцевые пески серо-белого цвета) получили название «Березовские пески» или просто «Пески». Размеры хвостохранилища – 1,2х0,6 км. Мощность песков достигает 10 м. По окраинам песчаного массива в 1970-1980-е гг. проводились экспериментальные рекультивационные работы – высаживание различных пород деревьев и кустарников.

ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ ЮГО-ВОСТОКА БЕЛАРУСИ

In article land use changes in the southeast of Belarus in the XVIII-XXI-st centuries are considered. The estimation of anthropogenic transformation of landscape pattern is executed. It is studied impact of previous land use (legacy effect) on a current state of wood ecosystems. Connection between characteristics spontaneous succession and surrounding landscape is established.

 Изменения землепользования и их геоэкологические последствия проявляются как на глобальном¸ так и на региональном уровнях. На обширных территориях наблюдается смена доминирующих типов землепользования, которая обуславливает изменения структуры ландшафтов. Такая смена направлена как на увеличение антропогенной трансформации ландшафтов, так и на ее снижение. Рост антропогенной трансформации сопровождает смену: лесные экосистемы – пахотные земли – городская застройка. Восстановительные процессы отражены, например, в смене: пахотные земли – луга и кустарники – лесные экосистемы. Эти процессы связаны с выведением сельскохозяйственных земель из оборота по тем или иным причинам.

Сукцессия на золоотвале: через 50 лет

При функционировании тепловых электростанций, работающих на твердом топливе, образуются обширные золоотвалы. Пионерная стадия зарастания таких техногенных ландшафтов была рассмотрена ранее http://geoecograph.blogspot.com.by/2015/12/Sukcessija-na-zolootvale-nachalo.html

Итак, прошло около 50 лет и на золоотвале сформировался растительный покров: частично самопроизвольно, частично за счет рекультивационных посадок трав и деревьев.

В ходе сукцессии образовались фитоценозы с доминированием Calamagrostis epigeios (L.) Roth. и подростом Salix и Betula. На более влажных экотопах –  щучковые (доминант Deschampsia cespitosa (L.) Beauv) и клеверно-мятлико-щучковый (Trifolium repens L., Poa trivialis L.) луга с густыми зарослями Salix и Betula.

Сукцессия на золоотвале: начало

Вот такие поля золы остаются после функционирования теплоэлектростанций. Кажется, что биота не будет заселять такой техногенный ландшафт. Но это не так. Почти сразу после высыхания золы начинается процесс заселения – появляются виды-пионеры.

Лес на отвалах фосфогипса

Лес, конечно, это громко сказано, так рощица. Тем не менее, на экстремальном субстрате - отвалы фосфогипса http://geoecograph.blogspot.com.by/2014/11/Sukcessija-na-otvalah-fosfogipsa.html за 50 лет выросли деревья. Возраст деревьев около 20 лет. Стало быть поселились они через 30 лет после отсыпки отвала.

Так это процесс начинался.

Сукцессия на скальных породах: Средний Урал

Скальные породы (граниты, диориты, кристаллические сланцы, гнейсы и т.д.) субстрат экстремальный для поселения живых организмов. Тем не менее, пионерные виды растений осваивают и его.

Карьер по добычи строительного камня в районе Верхнего Тагила (Средний Урал). Окружающий ландшафт – тайга.

Сукцессии и рекультивация нарушенных экосистем

Изучение сукцессионных процессов важно для рекультивации нарушенных экосистем. Рекультивация, по существу, является манипулированием сукцессий, с целью получения нужного результата. Восстановительные работы в разных случаях включают инициирование сукцессии, ее ускорение или замедление, то или иное подражание сукцессии. В другой стороны практика рекультивации, ее успехи или поражения, позволяют корректировать сукцессионные модели, тестировать теорию сукцессии. Теория сукцессии должна обеспечить выбор наиболее эффективных методов, места и времени рекультивации. По большому счету, восстановительная сукцессия и рекультивация – процессы, направленные к формированию более или менее устойчивой экосистемы.

ЗАЧЕМ НУЖНО ИЗУЧАТЬ СУКЦЕССИИ?

Сукцессия – это направленная и постепенная смена биоты (сообществ, фитоценозов, биоценозов, биогеоценозов, экосистем) во времени, обусловленная внешними или внутренними факторами. В начале XX века была разработана теория сукцессий растительности, внесшая значительный вклад в развитие экологии: Г. Коулс (Cowles, 1901, 1911); Ф. Клементс (Clements, 1916, 1928, 1936), А. Тенсли (Tansley, 1926, 1929). И в XXI веке сукцессии остаются одним из наиболее популярных объектов экологических исследований. Концепция сукцессии служит основой междисциплинарных исследований на стыке экологии и географии (ландшафтная экология, геоэкология), экологии и геологии (палеоэкология, экостратиграфия).

Чем важно изучение сукцессий?

Заброшенный карьер: как восстанавливаются экосистемы

Карьер «Ляхова Гора» находится в Лоевском районе Беларуси, на правом берегу реки Днепр. Использовался для добычи строительных песков. Заброшен более 30 лет назад. В ландшафтном окружении преобладают сельскохозяйственные угодья.

Определение понятия «сукцессия»

Понятия сукцессии в науке появилось в начале 19 века. Кто его использовал первым? По этому поводу имеются разногласия. Так, С. Спурр и Б. Барнес (1984) считают, что впервые термин «сукцессия» был использован Д. Эдлэмом в 1806 г. Они же пишут, что в 1863 г. Г.Д. Торо установил, что сосняки на почвах возвышенности в центре Новой Англии после вырубки заменяются одновозрастными древостоями лиственных. И назвал эту тенденцию лесной сукцессией (Спурр, Барнес, 1984).

Сукцессия на отвалах фосфогипса: дополнение

Succession on the phosphogypsum dump: Addition

Фосфогипсовый ландшафт, даже среди других техногенных ландшафтов, выделяется особой «безжизненностью». Главная причина этой «безжизненности» - токсичная среда. А именно поверхностные воды вблизи отвалов фосфогипса имеют высокую минерализацию (почти как в море – 30 и более г/л) и очень низкий рН (менее 3 единиц).

The phosphogypsum dump is a permanent source of sulfates, fluorides, and phosphates polluting surface and ground waters and soil. Water in surface streams near the dumpsite contains >30 g/l of total dissolved solids and is highly acidic (pH <3).

Сосняк мшистый (Pinetum pleurozium) – один из наиболее распространенных типов леса в Полесье

Pine woods widespread in Belarus Polesye. They occupy extensive terraces above the floodplain of the rivers. Such woods concern union Dicrano-Pinion.

Сосновые леса доминируют в лесном покрове Белорусского Полесья и Беларуси в целом (58% от всех лесов). Сосновые леса представлены различными типами: сосняк лишайниковый, сосняк вересковый, сосняк брусничный, сосняк мшистый, сосняк орляковый, сосняк кисличный, сосняк черничный, сосняк приручейно-травяной, сосняк долгомошный, сосняк багульниковый, сосняк осоковый, сосняк осоково-сфагновый, сосняк сфагновый. Эти типы леса отражают весь широкий диапазон местообитаний сосновых лесов в Беларуси. От сухих и повышенных местоположений (сосняк лишайниковый, сосняк вересковый) до влажных пониженных местообитаний (сосняк черничный, сосняк приручейно-травяной) и болот (сосняк осоковый, сосняк сфагновый). Наиболее распространенный тип леса – сосняк мшистый (Pinetum pleurozium) – около 40% от всех сосновых лесов.

Особенности сукцессий растительности в ландшафтах, нарушенных деятельностью человека

Изучению сукцессий растительности посвящено значительное количество разнообразных исследований, в то же время влиянию на сукцессионные процессы ландшафтного окружения уделяется сравнительно мало внимания. В подавляющем числе работ сукцессия рассматривается как локальный процесс, вне ландшафтного контекста. Можно предполагать, что природное и антропогенное ландшафтное окружение является важным фактором, обуславливающим как общую траекторию сукцессии, так и отдельные ее характеристики.

A significant number of investigations are devoted to plant succession study, but the impact of the landscape environment on succession processes is poorly investigated. In an overwhelming number of works, the succession is considered as a local process beyond the landscape context. It can be assumed that the natural and anthropogenic landscape environment is an important factor which stipulates the common direction of the succession and its separate characteristics.

Тальковый карьер «Старая линза»: красивый техногенный ландшафт

Карьер «Старая линза» -  одно из крупнейших в мире месторождений талька. Находится вблизи Екатеринбурга.

Пример инвазии золотарника канадского (Solidago canadensis L.): карьер Осовцы

Invasion Solidago canadensis on an example of abandoned open-cast mine of Osovtsy

Карьер «Осовцы». Месторождение строительных песков. Расположено в пределах надпойменной террасы реки Сож, на юго-западе города Гомеля, вблизи деревни Осовцы. Карьер разрабатывался в 1980-2000 гг. В 2003-2006 гг. рекультивирован в водоем рекреационного назначения. Склоны выположены. На части склонов (до 25%) высажены культуры сосны. На данном объекте ведется мониторинг сукцессионных процессов. Пробные площадки для наблюдений за сукцессионными процессами располагались в верхней половине склона. По данным 2014 г. на территории карьера наблюдается активное распространение Solidago canadensis L. - одного из наиболее агрессивных чужеродных видов на территории Беларуси.

 http://geoecograph.blogspot.com/2014/05/Impact-of-Solidago-canadensis-on-succession-in-old-fields.html

Abandoned sandy open-cast mine of "Osovtsy". Working out of sand was carried out in 1980-2000. Since 2004 monitoring succession processes is conducted. In 2014 aggressive intrusion of Solidago canadensis on slopes of an open-cast mine (sand pit) and a roadside is observed.