Controlled restoration of forest ecosystems on sandy technogenic substrates in the far northern taiga of the Russian European Northeast
Effective methods for restoring damaged areas are required now due to the recent intensification of natural resource extraction in the north of the taiga zone of the European northeast of Russia. However, approaches of forest recultivation for this region are still under development. The aim of our research was to justify planting of trees simultaneously with creation of an artificial herb cover from perennial grasses. We started an experiment including trials with planting of Pinus sylvestris L. (seedlings and large wide trees), without tree planting and with simultaneous planting of perennial herbs and application of organic and mineral fertilizers. Care of artificial communities included addition of plantings. In trials with herbs, it included addition of mineral fertilizers (See Table 1). The experimental plot was laid at a dry sandy quarry in the far northern taiga (66°1643'N, 57°16'41''E). We studied the dynamics of biometric parameters and phytopathological state annually during eight years in tree plantings. We also estimated the projective cover and mean tree height. The aboveground phytomass was assessed by hay cutting, and the underground phytomass was by a monolith approach. It soil samples, we determined potentiometric water pH, organic carbon and nitrogen by gas chromatography; labile potassium and phosphorus by Kirsanov's approach and exchangeable Са2+ and Mg2+ by the displacement by NH4Cl followed by atomic absorption analysis. Population of soil microorganisms was studied by diluting soil suspension followed by inoculation in standard media. In order to estimate the significance of differences in the trials, we used single-factor analysis of variance and a two-sample t-test with different variances. Creation of pine cultures by local large wide trees with ground lump accelerated the formation of a tree layer in comparison with the use of seedlings (See Tables 2-6). In the trials without agricultural approaches, there was no vegetation cover and changes in the sandy substrate (See Tables 7 and 8). In the trials including tree and perennial herb planting with mineralization, a constant increase in the projective cover and phytomass was detected for the artificial herb layer, but this herb layer degraded quickly when these additions were stopped (See Fig. 1 and 2a). Due to this addition, by the 8th year of controlled succession, over 780 g/m2 of plant matter had been accumulated at the plot, the sandy substrate had been consolidated and its water-chemical and agrochemical properties had improved (See Table 7), biogeneity had increased (See Table 8), vascular plants had been implanted more actively and the moss layer formed by pioneer species had covered up to 70 % of the surface. In the trial with the average developed herb layer (phytomass about 170 g/m2), by the 8th year of the experiment, the medium height and livability of pine cultures had been higher (p=0.05) than in other trials with seedlings. The livability and growth rate of seedlings in the trials with a well-developed herb layer (phytomass about 300 g/m2) did not differ from the trial with seedlings without fertilizers. Therefore, in order to consolidate the sandy technogenic substrate and to accumulate organic matter, on the one hand, and to reach a suitable pine growth rate, on the other hand, it is good to create a herb layer with phytomass about 150-200 g/m2. The paper contains 2 Figures, 8 Tables and 44 References.
Keywords
Pinus sylvestris,
лесная рекультивация,
управляемая сукцессия,
искусственный травостой,
песчаный техногенный субстрат,
экосистема,
почвенный микробоценоз,
Pinus sylvestris,
forest recultivation,
controlled succession,
artificial herb layer,
sandy technogenic substrate,
soil microbial coenosis,
ecosystemAuthors
Likhanova Irina A. | Institute of Biology, Komi Scientific Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences | likhanova@ib.komisc.ru |
Kovaleva Vera A. | Institute of Biology, Komi Scientific Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences | kovaleva@ib.komisc.ru |
Всего: 2
References
Акульшина Н.П., Лобовиков Н.И., Менгалимов Х.Я. Опыт фитомелиорации эродированных почвогрунтов на трассе магистрального нефтепровода Возей-Уса- Ухта // Растительные ресурсы. 1981. Т. XVII, вып. 2. С. 175-183.
Биологическая рекультивация на Севере (Вопросы теории и практики) / отв. ред. И.Б. Арчегова. Сыктывкар : Коми НЦ УрО РАН, 1992. 104 с.
Турубанова Л.П., Лиханова И.А. Динамика растительности на посттехногенных территориях Усинского района Республики Коми при посеве разных видов многолетних трав // Сибирский экологический журнал. 2013. № 2. С. 223-233. doi: 10.1134/S1995425513020157
Капелькина Л.П. Естественное и искусственное лесовозобновление на нарушенных землях Севера // Лесной журнал. 1983. № 1. С. 21-24.
Парфенюк В.И. Лесная рекультивация нарушенных земель в зоне крайнесеверной тайги Коми АССР // Освоение Севера и проблемы рекультивации : материалы I Междунар. конф. Сыктывкар, 1991. С. 155-156.
Соколов А.И., Федореп Н.Г., Кривенко Т.И., Лейбонен Е.Э., Новицкая Л.Л. Первичные этапы формирования биогеоценозов при разведении карельской березы на отвалах Костомукшского железорудного месторождения // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2010. Вып. 191. С. 2-31.
Федорец Н.Г., Соколов А.И., Крышень А.М., Медведева М.В., Костина Е.Э. Формирование лесных сообществ на техногенных землях севера-запада таежной зоны России. Петрозаводск : Карельский НЦ РАН, 2011. 130 с.
Рекультивация земель на Севере. Вып. 1. Рекомендации по рекультивации земель на Крайнем Севере / отв. ред. И.Б. Арчегова. Сыктывкар : Коми НЦ УрО РАН, 1997. 34 с.
Требования к технологиям рекультивации загрязненных нефтью земель. Сыктывкар : Комимелиоводхозпроект, 2014. 134 с.
Powter C.B., Chymko N.R., Dinwoodie G., Howat D., Janz A., Puhlmann R., Richens T., Watson D., Sinton H., Ball J.K., Etmanski A., Patterson D.B., Brocke L.K., Dyer R. Regulatory history of Alberta's industrial land conservation and reclamation program // Canadian Journal of Soil Science. 2012. № 92. PP. 39-51. doi: 10.4141/cjss2010-033
Lima A.T., Mitchell K., O'Connell D.W., Verhoeven J., Cappellen P. V. The legacy of surface mining: Remediation, restoration, reclamation and rehabilitation // Environmental Science & Policy. 2016. № 66. PP. 227-233. doi: 10.1016/j.envsci.2016.07.011
Лиханова И.А., Арчегова И.Б. Развитие теоретических и практических аспектов процесса восстановления нарушенных земель на севере Республики Коми // Теоретическая и прикладная экология. 2014. № 3. C. 79-85.
Evans D.M., Zipper C.E., Burger J.A., Strahm B.D., Villamagna A.M. Reforestation practice for enhancement of ecosystem services on a compacted surface mine: Path toward ecosystem recovery // Ecological Engineering. 2013. № 51. PP. 16-23. doi: 10.1016/j. ecoleng.2012.12.065
Zipper C.E., Burger J.A., Skousen J.G., Angel P.N., Barton C.D., Davis V., Franklin J.A. Restoring forests and associated ecosystem services on Appalachian coal surface mines // Environmental Management. 2011. № 47. PP. 751-765. doi: 10.1007/s00267-011-9670-z
Казаков Л.А., Вишняков Г.В., Чамин В.А. Лесомелиорация Кузоменских песков // Вестник Кольского научного центра РАН. 2011. № 2. С. 58-63.
Лиханова И.А., Арчегова И.Б., Хабибуллина Ф.М. Восстановление лесных экосистем на техногенно нарушенных территориях Севера. Екатеринбург : УрО РАН, 2006. 104 с.
Torbert J.L., Schoenholtz S.H., Burger J.A., Kreh R.E. Growth of three pine species on pre- and post-SMCRA land in Virginia // Northern Journal of Applied Forestry. 2000. № 17. PR 95-99.
Skousen J., Ziemkiewicz P., Venable C. Tree recruitment and growth on 20-year-old, unreclaimed surface mined lands in West Virginia // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2006. № 20. PP. 142-154. doi: 10.1080/17480930600589833
Franklin J.A., Zipper C.E., Burger J.A., Skousen J.G., Jacobs D.F. Influence of herbaceous ground cover on forest establishment and growth on eastern US coal surface mines // New Forests. 2012. № 43. PP. 905-924. doi: 10.1007/s11056-012-9342-8
Вараксин Г.С., Кузнецова Г.В. Особенности биологической рекультивации в Норильском промышленном регионе // Сибирский лесной журнал. 2016. № 2. С. 92101. doi: 10.15372/SJFS20160209
Семенов Б.А., Цветков В.Ф., Чибисов Г.А., Елизаров Ф.П. Притундровые леса европейской части России. Архангельск : СевНИИЛХ, 1998. 332 с.
Капитонова О.А., Селиванов А.Е., Капитонов В.И. Структура растительных сообществ начальных стадий сукцессий на антропогенных песчаных обнажениях лесотундры и северной тайги Западной Сибири // Сибирский экологический журнал. 2017. Т. 24, № 6. С. 731-745. doi: 10.15372/sej20170606
Хватов Ю.А. Облесение земель, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых. М. : ЦБНТИлесхоз, 1973. 56 с.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М. : Агропромиздат, 1985. 351 с.
Огиевский В.В., Хиров В.В. Обследование и исследование лесных культур. М. : Лесн. пром-ть, 1964. 50 с.
Соколова Э.С., Ведерников Н.М. Указания по диагностике болезней хвойных пород в питомниках и молодняках. М. : Минлесхоз РСФСР, 1988. 77 с.
Методы изучения лесных сообществ / отв. ред. В.Т. Ярмишко, И.В. Лянгузова. СПб. : НИИХимии СПбГУ, 2002. 240 с.
Теория и практика химического анализа почв / отв. ред. Л.А. Воробьева. М. : ГЕОС, 2006. 400 с.
Классификация и диагностика почв России / отв. ред. Г.В. Добровольский. Смоленск : Ойкумена, 2004. 342 с.
Методы почвенной микробиологии и биохимии / отв. ред. Д.Г. Звягинцев. М. : Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
Ларин В.Б., Паутов Ю.А. Формирование хвойных молодняков на вырубках северо-востока европейской части СССР Л. : Наука, 1989. 144 с.
Подлесная Н.И., Переверзев В.Н. Фитомелиорация территорий, нарушенных промышленностью // Мелиорация земель Крайнего Севера. М. : Колос, 1977. С. 227-234.
Rahmonov O., Snytko V.A., Szczypek T., Parusel T. Vegetation development on post-industrial territories of the Silesian Upland (Southern Poland) // Geography and Natural Resources. 2013. № 34. PP. 166-173. doi: 10.1134%2FS1875372813010137
Патова Е.Н., Кулюгина Е.Е., Денева С.В. Процессы естественного восстановления почв и растительного покрова на отработанном угольном карьере (Большеземельская тундра) // Экология. 2016. № 3. С. 173-179. doi: 10.7868/S0367059716020116
Железнова Г.В., Шубина Т.П. Видовой состав мхов техногенно нарушенных ландшафтов Республики Коми // Ботанический журнал. 2005. Т. 90, № 2. С. 215-222.
Mackenzie D.D., Naeth M.A. The role of the forest soil propagule bank in assisted natural recovery after oil sands mining // Restoration Ecology. 2010. № 18. PP. 418-427. doi: 10.1111/j.1526-100X.2008.00500.x
Lambers H., Mougel С., Jaillard В., Hinsinger Р. Plant-microbe-soil interactions in the rhizosphere: an evolutionary perspective // Plant and Soil. 2009. Vol. 321, № 1-2. РР. 83115. doi: 10.1007/s11104-009-0042-x
Dimitriu P.A., Prescott C.E., Quideau S.A., Grayston S.J. Impact of reclamation of surface-mined boreal forest soils on microbial community composition and function // Soil Biology and Biochemistry. 2010. Vol. 42, № 12. РР. 2289-2297. doi.10.1016/j.soilbio.2010.09.001
Parmelee R.W., Ehrenfeld J.G., Tate R.L III. Effects of pine roots on microorganisms, fauna, and nitrogen availability in two soil horizons of a coniferous forest spodosol // Biology and Fertility of Soils. 1993. Vol. 15, № 2. РР. 115-119. doi: 10.1007/BF00336428
Сумина О.И., Власов Д.Ю., Долгова Л.Л., Сафронова Е.В. Особенности формирования сообществ микромицетов в зарастающих песчаных карьерах севера Западной Сибири // Вестник СПбГУ Сер. 3. Биология. 2010. Вып. 2. С. 84-90.
Евдокимова Г.А., Калмыкова В.В. Биологическая активность рекультивированных промышленных отвалов в условиях северной тайги // Агрохимия. 2008. № 1. С. 63-67.
Гордеева Т.Х., Малюта О.В. Динамика параметров биологической активности почвы как показатель почвенно-экологических условий на объекте рекультивации // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2010. № 2 (40). С. 34-36.
Маркова И.А. Основные факторы успешного роста лесных культур на северо-западе России // Лесовосстановление на Европейском Севере : материалы научного семинара. Хельсинки : Изд-во НИИ леса Финляндии, 2000. С. 183-193.
Luoranen J., Rikala R. Field performance of Scots pine (Pinus sylvestris L.) seedlings planted in disc trenched or mounded sites over an extended planting season // New Forests. 2013. № 44. РР. 147-162. doi: 10.1007/s11056-012-9307-y