Научно-исследовательский проект "Пионерные растения рекультивируемых земель" - Eстествознание - Детские исследовательские проекты - Обучение и развитие - ПочемуЧка

Добыча полезных ископаемых неизбежно сопровождается нарушением поверхности земли, превращением естественного ландшафта в индустриальную пустыню, поэтому проблема восстановления   рекультивируемых земель вокруг города Киселевска имеет особую актуальность и заслуживает первоочередного внимания. Развитая горнодобывающая промышленность с каждым годом увеличивает площади нарушенных земель, уничтожая фитоценоз.   Мероприятия по восстановлению и формированию почвы выполняются недостаточно, поэтому новизна исследования заключается в исследовании влияния пионерных видов растительности на биологическое состояние рекультивируемых земель. Вид пионерный - вид, первым заселяющий свободные от биоценозов участки природного или антропогенного происхождения.
Особое значение приобретают исследования, направленные на изучение функционирования фитоценозов в условиях антропогенного воздействия.   Определить закономерность распространения пионерных растений и установить зависимость биологической продуктивности рекультивируемых земель от заселения пионерными видами - это главная составляющая исследования.

Цель исследования: Исследование влияния пионерных видов растительности на биологическое   состояние рекультивируемых земель угольного разреза шахты № 12.

Задачи:
- изучить литературные источники по теме исследования;
- установить тип рекультивации и темпы зарастания земель;
- изучить и классифицировать видовой состав пионерных растений;
- выявить влияние пионерных растений на восстановление рекультивируемых земель и разработать информационный лист «Пионеры фитоциноза».

Объект изучения: рекультивируемые земли угольного разреза шахты № 12.

Предмет исследования: пионерные виды растительности на рекультивируемых землях.

Гипотеза. Если влияние пионерных видов растительности на восстановление рекультивируемых земель угольного разреза шахты № 12 будет эффективной, то восстановление биологической продуктивности почвы закономерно и подтвердиться результатами исследования.

Для превращения техногенного состояния земель в биологически продуктивное, необходим комплекс горнотехнических, мелиоративных и агротехнических работ. По данным отдела промышленности, транспорта и экологии Администрации города Киселевска, работа на рекультивируемых землях в районе Афонино осуществлялась в два этапа: горнотехническая и биологическая:
- горнотехническая рекультивация заключается в создании и формировании горизонтов рекультивируемых земель в соответствии с типом почв данного района.   Ответственность за горнотехническую рекультивацию осуществляет экологический отдел разреза №12;
- биологическая рекультивация представляет собой заселение рекультивируемых земель древесно-кустарниковыми и пионерными видами растительности, как искусственным, так и естественным путем.

Практическая значимость пионерных видов растительности:
- укрепление и сохранение почвы;
- обогащение почвы органическими веществами;
- аэрация почвы (обогащение кислородом);
- подготовка почвы для заселения другими видами растительности.

В работе использованы методы исследования:
* теоретические:
- изучение литературных источников, сравнение, классификация, анализ.
* эмпирические: наблюдения, эксперимент.

Исследования проведены в мае - августе 2012 и мае - августе 2015 года на рекультивируемых землях района Афонино г. Киселевска. По данным Отдела земельных ресурсов г. Киселёвска площадь рекультивируемых земель составляет 10 – 12 гектаров, площадь исследуемой территории составляет 20 х 20м2.

Методика исследования
Для осуществления исследования по теме «Пионерные растения рекультивируемых земель» были использованы специальные методики:
- методика исследования почв с изучением её характеристик, определением типа почв на исследуемой площадке в разное время (май - август 2012года; май - август 2015года) и почвообразующих факторов. Для описания характеристик почвенно – опытной площадки делали почвенный разрез, на котором выделили почвенные горизонты, а затем дали их описание в виде таблицы «Характеристика почвенно-опытных площадок».
- методика прямого учёта флоры (глазомерная), работа с определителем «Определитель растений Кемеровской области» автор Красноборов И.М.
Для проведения полевых работ и реализации данной методики необходима практическая работа на исследуемом объекте. Исследуемый объект обозначается на плане местности, где проводится прямой учет пионерных видов растений.
- методика определения типа жизненных форм растительности по И.Г. Серебрякову (деревья, кустарники, полукустарники, кустарнички, травянистые: однолетние, двулетние, многолетние). Проводится учет растительности, выделяются растения - доминанты и определяются экологические группы.
Обработка материалов исследования: на основании исследований составляется флористический анализ исследуемой площадки и формулируются выводы и обобщения, рекомендации и предложения. Составляется карта – схема местности с обозначением исследуемого объекта.

Результаты исследований
Преобразование нарушенных земель в результате производственной деятельности человека достигается рекультивацией земель. На таких землях поселяются микроорганизмы, пионерные растения (лишайники, мхи, травы), а также идёт планомерная высадка древостоя и кустарниковых. Именно они являются исходными видами растительности, которые формируют почвенный покров.

Описание исследуемой площадки
Исследуемая площадка расположена на юго – западе района Афонино (широта – 57о08´; долгота - 86 о30´) рядом с технологической дорогой, ведущей к шахте № 12. Площадка площадью 400 кв.м, является исходным материалом исследования, где формирование зрелой почвы зависит от активности заселения растениями. Произрастание растительности зависит от климатических факторов (температуры, влажности, тепла, освещённости), геологических (искусственно воссозданный почвенный состав) и биологических (семенное размножение пионерных видов растений).
Вблизи расположены жилые дома и сосновый бор, посадка которого   осуществлялась в 60 – х годах, и который оказывает влияние на заселение пионерными видами растений рекультивируемых земель.
Характеристика географических параметров
экспериментальной площадки

Вывод. Анализируя данные таблицы, определили, что экспериментальная площадка находится на возвышенности и тип питания почвы верховой, что мешает более быстрому заселению территории пионерными растениями.

В зависимости от заселения пионерными видами растительности меняется биологическая продуктивность рекультивируемых земель, поэтому определили с помощью «Определителя растений Кемеровской области» виды растений на исследуемой площадке. Использовалась методика прямого учёта (глазомерная).

Флористический анализ исследуемой площадки
(май - август 2012 года)
Исследуемая площадка относится к I этапу восстановления и формирования фитоценоза на рекультивируемых землях, возраст которой два года. При проведении полевых работ выполнили флористический анализ пионерных видов растительности, данные которого отражены в таблице.

Таблица № 2

*Экологическая группа*	*Жизненные формы*	*Семейство*	*Вид*	*Сроки цветения*
ксерофиты	однолетние	бурачниковые	липучка растопыренная	июнь-июль
-	многолетние	злаковые	мятлик сибирский	июнь -июль
-	многолетние	злаковые	ежа сборная	Июнь -июль
-	двулетние	сложноцветные	лопух войлочный	июль- август
	многолетние	злаковые	овсяница луговая	июнь -июль
мезофиты	древесно-кустарниковые	лоховые	облепиха крушиновидная	май -июнь
-	многолетние	лютиковые	лютик ползучий	июль
	многолетние	вьюнковые	вьюнок полевой	май- август
-	многолетние	сложноцветные	одуванчик обыкновенный	июнь-август
-	многолетние	злаковые	пырей ползучий	июнь -июль

Вывод.
Анализируя результаты данной таблицы, определили экологические группы растительности:
- по отношению к влажности: ксерофиты -   5 видов,   мезофиты – 5 видов;
- по жизненным формам растительность представлена:
1.древесно – кустарниковыми – 1 вид (искусственное заселение),
2.травянистыми – 9 видов:
- однолетние – 1 вид;
- двулетние – 1 вид;
- многолетние - 7 видов.
Обнаружены 10 видов растений из 6 семейств, где в основном преобладают злаковые и сложноцветные, неприхотливые   к почвенному плодородию.
Древесно-кустарниковые виды растений на экспериментальной площадке представлены одним видом (облепиха крушиновидная - искусственное заселение), которая малотребовательна к почвенному плодородию и является идеальным вариантом для рекультивируемых земель. Восстановление и формирование фитоценоза идёт медленно, наблюдается угнетение роста растительности в естественных условиях. Почва рекультивируемых земель находится на начальном этапе биологического восстановления.

Флористический анализ исследуемой площадки
(май - август 2015 года)
Площадка относится к I этапу восстановления и формирования фитоценоза на рекультивируемых землях, возраст которой - пять лет. При проведении полевых работ выполнили флористический анализ пионерных видов растений, данные которого отражены в таблице.

Таблица № 3

*Экологическая группа*	*Жизненная форма*	*Семейство*	*Вид*	*Сроки цветения*
ксерофиты	многолетние	злаковые	овсяница луговая	июнь-июль
-	многолетние	норичниковые	вероника колосистая	июнь- август
-	многолетние	злаковые	костёр полевой	июнь- июль
-	многолетние	злаковые	ежа сборная	июнь -июль
-	многолетние	злаковые	мятлик сибирский	июль
-	древесные	сосновые	сосна обыкновенная	Июнь, семена-сентябрь
-	двулетние	сложноцветные	лопух войлочный	июль- август
мезофиты	древесно-кустарниковые	лоховые	облепиха крушиновидная	май- июнь
-	многолетние	сложноцветные	одуванчик обыкновенный	июнь
-	многолетние	вьюнковые	вьюнок полевой	май- август
-	многолетние	лютиковые	лютик ползучий	июль
	двулетнее	подорожниковые	подорожник большой	июнь- август
	многолетнее	сложноцветные	Полынь горькая	август-сентябрь
-	многолетние	крапивные	крапива двудомная	июнь -июль
-	древесные	берёзовые	берёза повислая	май- июнь
-	однолетние	гречишные	спорыш обыкновенный	июль- август
-	однолетние	крестоцветные	хориспора сибирская	июнь
-	многолетние	бобовые	клевер луговой	июнь-август
-	двулетнее	сложноцветные	ромашка непахучая	июль-август
-	многолетние	сложноцветные	тысячелистник азиатский	июнь- август
-	однолетние	маревые	лебеда стреловидная	июль
-	многолетние	злаковые	пырей ползучий	июнь-июль
-	многолетние	сложноцветные	мать-и –мачеха обыкновенная	апрель-май

Вывод. Анализируя результаты данной таблицы, определили экологические группы растительности (по отношению к влажности), которые выгодно отличаются видовым разнообразием пионерных растений по сравнению с периодом с мая по август 2012 года: ксерофиты - 7 видов, мезофиты – 16 видов.
По жизненным формам растительность представлена:
1.древесно – кустарниковыми – 3 вида (искусственное заселение);
2.травянистыми – 20 видов:
- однолетние – 3 вида;
- двулетние – 3 вида;
- многолетние - 14 видов.
Обнаружены 23 вида растений из 12 семейств, где преобладают злаковые и сложноцветные.
Древесно – кустарниковые виды растений представлены искусственно заселенными видами растений (сосна обыкновенная, берёза повислая, облепиха крушиновидная). Наблюдается количественный рост травянистых (в два раза), что ведет к улучшению плодородного слоя земли на рекультивируемых землях, т.е. можно провести зависимость биологической продуктивности рекультивируемых земель от заселения пионерными видами растительности.
Изучая и исследуя пионерные виды растений, выявили их отличительные особенности, которые помогают наращивать потенциал формирования и восстановления почвы на рекультивируемых землях:
- высокая жизнеспособность;
- большая семенная продуктивность;
- захват территории;
- быстрое развитие подземной корневой системы;
-низкорослые, стелющиеся, многолетние;
- обогащение почвы азотом (образование клубеньков на корнях бобовых растений), из воздуха поглощают азот и переводят его в форму доступную для растений, тем самым обеспечивают почву питанием);
- служат кормовой базой для животных.