1.2. Природне заростання відвалів

Видовий склад рослин, які з'являються при природному заростанні, визначається природно-кліматичними чинниками та водно-фізичними властивостями відвальних субстратів. Контрасти на експозиціях схилів і складний мікрорельєф спричиняють виникнення локальних мікрокліматів, асиметричний розвиток явищ вивітрювання, розподілу та акумуляції тонкодисперсних продуктів вивітрювання, тому створюється певна сукупність екологічних ніш з різними режимами зволоження, теплозабезпечення і ґрунтового живлення, зумовлюючи неоднорідність в таких ландшафтах сукцесії рослинності.

Сукцесіями називають незворотні, спрямовані зміни рослинного покриву, які проявляються в заміні одних фітоценозів іншими. Вивчення сукцесій почалося наприкінці минулого століття (Warming,1896; Cowles, 1901). Дослідження змін угруповань дали багато нового матеріалу, який привів до створення оригінальної теорії Ф. Клементса (Clements, 1904, 1916, 1936), яка передбачає незворотність рослинних змін, їх спрямування і, як наслідок цього, їх непередбачуваність. Основною причиною зміни фітоценозів є зміна середовища внаслідок життєдіяльності рослин, які входять до їх складу. Розвиток фітоценозів автор концептуально аналогізував із онтогенезом організму з урахуванням серійних і моноклімаксових стадій, через це його підхід не раз піддавали критиці представники інших геоботанічних шкіл. Попри засадничу колізію, його вчення є вагомим надбанням теорії сукцесій.

Однією з основних особливостей сукцесій є поступове сповільнення темпів зміни фітоценозів, внаслідок чого послідовний ряд їх завершується відносно стійким фітоценозом. Весь ряд угруповань, від піонерного, нестійкого, до відносно сталого, Клементс назвав серією, а окремі етапи розвитку сукцесій – серійними стадіями. Цю термінологію використовують і сьогодні. Поняття завершальної сталої стадії, чи клімаксу потім багаторазово переглядалось.

У розробленні проблеми сукцесії були задіяні найвизначніші представники геоботаніки (Пачоский, 1891; Gams, 1918; Braun-Blanquet, 1928; Еленкин, 1921;

Tansley, 1920, 1929; Раменский, 1924, 1938, 1952; Сукачев, 1942, 1950, 1954, 1964;Гроссгейм, 1929, 1948; Алехин, 1928;Лавренко, 1940; Whittaker, 1953; Ярошенко, 1961 та ш.). Детальний аналіз розвитку поглядів та ідей у вивченні сукцесій здійснено у роботі В.Д. Александрової. Геоботаніки створили багату термінологію та різноманітні класифікації сукцесій.

Таблиця 1.1.

Класифікація сукцесій фітоценозів

Варіанти	Типи і підтиписукцесій
	автогенні					аллогенні
	сингенез		Ендо-екогенез			гейтогенез		гологенез
За масштабом часу
Швидкі (десятеріччя)	+		-			+		+
Середні (сторіччя)	-		+			+		+
Повільні (тисячоліття)	-		+			-		+
Дуже повільні (десятки тисяч років)	-		+			-		+
За зворотністю
Зворотні	-		-			+		+
Незворотні	+		+			+		+
За постійністюпроцесу
Постійні	+		+			+		+
Непостійні	-		-			+		+
За походженням
Первинні	+			+		-		-
Вторинні	+			+		-		-
За тенденцією зміни продуктивності
Прогресивні	+	+			+		+
Рсгресйвні	+	+			+		+
За тенденцією зміми видового різноманіття
Прогресивні	+		+			+		+
Регресивні	+		+			+		+
За антропогенністю
Антропогенні	+		+			+		+
Природні	+		+			+		+

Поширеною є класифікація В.М. Сукачова, де сукцесії систематизовано за причинами, які їх зумовлюють: автогенні (сингенетичні, ендогенетичні, філоценогенетичні) та екзогенні (гологенетичні та локальні катастрофічні) сукцесії.

А.П. Шенников доповнює розподіл сукцесії за їх темпами: 1) катастрофічні (раптові) зміни; 2) короткочасні зміни, які відбуваються порівняно швидко і тому доступні безпосередньому спостерігачу; 3) тривалі зміни, які потребують, десятків і навіть сотень років; 4) вікові зміни,які здійснюються дуже повільно протягом багатьох століть і тисячоліть (і тому недоступні для безпосереднього спостерігача). Раптові зміни не завжди мають катастрофічний характер, тому їх не можна ототожнювати.

Работнов Т.А. сукцесії поділяє на:

1) первинні - виникають там, де утворюються субстрати, придали для заселення рослинами. До них належать субстрати, які утворились у ході складування відходів вугледобування (гірнича порода). Первинні сукцесії охоплюють не лише виникнення фітоценозів і їх зміни, але й утворення біогеоценозів, разом з формуванням ґрунту. При виникненні фітоценозів розрізняють зміну таких станів їх складу: роздільного, роздільно-групового, зімкнено-групового, зімкнено-дифузного. В міру змикання рослинності посилюється вплив рослин одна на одну. Види. не пристосовані до зростання в зімкнених угрупованнях, зникають;

2) вторинні - виникають, зазвичай, внаслідок діяльності людини. Вони відбуваються там, де рослинність вже існувала і вже сформувався грунт. Такі сукцесії трапляються у штучних фітоценозах рекультивованих відвалів, оскільки людина не втручалася в життя створених нею культур фітоценозів. Відбувається зміна фітоценозів в напрямку стійких угруповань. Змінюється середовище, в якому снують рослини та їх консорти.

Вивчаючи сингенетичні сукцесії рослинності буровугільних відвалів Підмосковського басейну, представлені четвертинними суглинками, кварцовими озалізненими пісками, глиною із вкрапленнями слюди, вугілля, домішок сульфідомістких порід, у перші роки спостерігали появу бур'янів (7- 12 видів), які утворили розріджений рослинний покрив. Далі рудеральні угруповання поступово переходять у лучні. Через 10-12 років утворюються 2-3- ярусні травостани заввишки 35-40 см, які налічують до 40 видів і мають проективне вкриття від 60-70 до 95 % .

На стадії піонерного угруповання у складі флори відвалів степової зони України переважають літньо-осінні однорічники і майже відсутні весняні ефемери. Темпи вегетації весною на глинах є дещо сповільненими. Крупнозернисті третинні та четвертинні піски спочатку заселяють ранньовесняні ефемери з подальшим розростанням серед них кореневищних і довгострижневих видів рослин.

Сингенетичні сукцесії відвалів, відсипаних у різний час на території розробки родовищ сірки Передкарпатського басейну, також визначаються фізико-хімічними властивостями гірничих порід: на 3-5-річних відвалах, сформованих хаотично мергелями, третинними глинами і сумішшю четвертинних відкладів (лесовидні суглинки та супіски), локально поширені рудеральні рослини. Густота травостану є досить різною: особливо виділяються осередки Tussilagofarfaraв місцях виходу на поверхню відвалів лесовидних суглинків і супісків. У перші роки після експлуатаційного періоду на відвалах з’являються деревні види (Salixcaprea, Betulapendula, Sambucusnigra). На 10-12 річних відвалах з’являються перші бобові.

С.П. Жуков вивчаючи сукцесійну динаміку рослинності відвалів вугільних шахт Донбасу, виявив 262 види судинних рослин, які належать до 177 родів та 49 родин. 3 них самостійно на відвалах поселяються 244 види. Стосовно систематичної структури флори породних відвалів, відділ Pinophytaпредставлений двома видами одного роду і родини, які потрапляють на відвали внаслідок рекультиваційних заходів. Переважають види відділу Magnoliophyta – 260 видів, 176 родів, 48 родів. Більшість з них належить класуMagnoliopsida: 47 родин (97,9 %), 174 роди (88,1 %), 234 види (90,0 %). Клас Liliopsidaмістить 2 родини (2,1 %), 21 рід(11,9%) і 26 вид (10,0 %). Найбільшими родинами є Asteraceaeі Poaceae, які охоплюють понад 50 % видів і родів. Переважають родини з невеликою кількістю видів: 24 родини (49 %) налічують лише по одному виду. У формуванні флори важливим є значення родин, що містять багато рудеральних видів з широкою екологічною амплітудою. Із життєвих форм у флорівідвалів переважають гемікриптофіти і терофіти.

Рослини, які поселяються на породних відвалах, можуть зазнавати значних змін: варіювання розмірів від карликовості до гігантизму, скорочення онтогенезу, зміни у фенології та ін. Умови едафотопу породних відвалів не мають аналогів у природі, рослинного покриву на них немає, тому відбувається формування нової флори. Розширення ареалу виду відбувається шляхом натуралізації його на новому місці.

Цей процес передбачає низку умов, зовнішніх стосовно рослин та залежних від наявності на певному місцезростанні інших видів. Колонізація рослинами породних відвалів відбувається через потрапляння діаспор насінин їх виживання, формування популяцій і клонів. Наступні стадії природного заростання породних відвалів визначаються віком, складом субстрату, характером навколишнього рослинного покриву. Основною особливістю природної рослинності породних відвалів є сукцесійна динамічність з вираженим переважанням процесів сингенезу. Флори техногенних екотопів досліджував Є.М. Кондратюк під час вивчення рослинного покриву на техногенних площах Донбасу. Він цілком слушно наголосив, що за флористичним і фітоценотичним складом ці флори мають зональний відбиток.